DEP0011608DA - Schaltungsanordnung zur phasenstarren Gleichlaufsteuerung zweier Spannungen - Google Patents

Description

In den heute vielfach verwendeten Übertragungsanordnungen mit Dezimeter- und Zentimeter- Funkrichtverbindungen werdne Impulsfolgen verwendet, bei denen jeder Impuls einer bestimmten periodisch wiederkehrenden Gruppe von einer anderen Nachricht moduliert ist. Neben der Impulsamplitudenmodulation verwendet man dabei auch Phasenmodulation der Impulse. Bei diesem Verfahren wird der von der Nachricht modulierte Impuls um einen bestimmten Betrag aus der mittleren Lage zwischen seinen Nachbarimpulsen ausgelenkt, er erscheint also bald früher im Empfänger bald später, als dieser Mittellage entspricht, je nach der augenblicklichen Höhe der ihn modulierenden Spannung.

Es ist klar, dass bei der Demodulation, bei der also die zeitliche Verschiebung des Impulses gegen die Mittellage ausgewertet wird, diese Mittellage selbst mit höchster Genauigkeit festgehalten werden muss; denn sie ist gewissermassen die Nulllinie auf die die demodulierte Spannung bezogen ist und ihre Schwankungen würden die Möglichkeit eienr sauberen Demodulation schlechthin in Frage stellen. Man lässt daher jeweils bei einem der Impulse der erwähnten periodisch wiederkehrenden Gruppen wenigstens eine der Impulsflanken ohne eine zeitliche Lage beeinflussende Modulation und benutzt sie zur Synchronisierung eines im Empfänger vorgesehenen Generators, der dann die Bezugspunkte für die Phasenverschiebung der anderen modulierten Impulse der Gruppe liefert.

Im übrigen ist aber nicht nur bei diesem Verfahren ein besonders hoher Grad von Synchronismus zwischen der Impulsfolgefrequenz des fernen Senders und der des Empfängergenerators erforderlich. Erhebliche Anforderungen an Gleichlauf werden auch bereits bei amplitudenmodulierten Impulsen gestellt, denn da jeder der Impulse eienr Gruppe einem anderen Nachrichtenkanal zugeteilt ist, muss er im Empfänger einem ganz bestimmten Demodulator, eben den für seine Nachricht, zugeteilt werden.

Ähnliche Anforderungen an den Gleichlauf zweier Schwingungserzeuger werden auch sonst in der Technik gestellt, z.B. beim Gleichwellenrundfunk und bei für die Sicherheit des Luftverkehrs äusserst wichtigen Funkortungsverfahren.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit der eine solche Gleichlaufsteuerung zweier Schwingungserzeuger mit der erforderlichen Genauigkeit, vor allem aber auch mit der notwendigen Nachstellgeschwindigkeit bewirkt werden kann. Sie besteht darin dass man bereits kleine zeitliche Differenzen von je zweien der Nulldurchgänge und/oder der Impulsflanken der miteinander verglichenen Spannungen mittels wenigstens eines trägheitsarm gesteuerten Widerstandes in hohe Stromimpulse verwandelt, die über ein Integrationsglied zu einer hohen Steuerspannung addiert werden. Mit dieser Steuerspannung wird dann in bekannter Weise, z.B. über eine Blindwiderstandsröhre die Frequenz des Empfängergenerators verändert, bis der Gleichlauf wieder erreicht ist. Als gesteuerte Widerstände kann man mit Vorteil Anordnungen benutzen, bei denen der Widerstand zwischen sehr geringen und praktisch unendlichen Werten geändert wird, also z.B. Elektronenröhren oder trägheitsarme Schalter (Relais). Bei Verwendung von Elektronenröhren lässt sich dies in der Weise erreichen, dass eine Widerstandsänderung nur denn erfolgt, wenn bestimmte Mindestwerte von beiden Spannungen gleichzeitig überschritten werden. Dies kann an einer einzigen Steuerelektrode oder an zwei getrennten Elektroden einer Röhre geschehen, oder endlich auch an zwei getrennten Röhren.

An Hand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung wird im folgenden zunächst die grundsätzliche Wirkungsweise der erfindungsgemässen Anordnung beschrieben.

In Figur 1 ist G(sub)1 ein Sender, der über eine hier nicht näher interessierende Trägerfrequenz F z.B. die Impulsfolgefrequenz f1 ausstrahlt. E ist der Empfänger, in dem durch Demodulation zunächst die Frequenz f 1 aus der modulierten Hochfrequenz zurückgewonnen wird. Die so erhaltene, in Fig. 2a dargestellten Impulsspannung u(sub)1 wird in später noch zu schildernder Weise zur Steuerung des Schalter S(sub)1 (Fig. 1) verwendet. G(sub)2 ist der im Empfänger angeordnete Generator, der die Frequenz f(sub)2 erzeugt. Diese wird in einem Frequenzwandler Tf je nach den Bedürfnissen der Gesamtanordnung geteilt odre vervielfacht, und die so gewonnene Spannung u(sub)2 (die jetzt die Frequenz k mal f(sub)2 hat) steuert den Schalter S(sub)2). Sie ist in Fig. 2b dargestellt, braucht aber nicht wie in der Zeichnung die gleiche Frequenz wie u(sub)1 zu haben, wenn sie nur in einem ganzzahligen Verhältnis zu ihr steht, und braucht keine Impulsspannung zu sein, sondern kann auch eine Schwingung sein. I ist eine Integrationsschaltung, bestehend aus den Kondensator C(sub)2 und dem Entladewiderstandd R(sub)2, und S stellt das Steuerglied dar, das mittels der von der Integrationsschaltung I erhaltenen Steuerspannung für die Nachstimmung des Generators G(sub)2 sorgt. Die Spannungsquelle für die Nachstimmspannung ist mit B bezeichnet und zwischen ihr und den Schaltern S(sub)1 und S(sub)2 ist der Ladewiderstand R(sub)1 vorgesehen.

In Figur 2 sind die Vorgänge an einzelnen Punkten der Schaltung nach Figur 1 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen, und zwar unter a) zunächst die Spannung u(sub)1 und unter b) die Spannung u(sub)2, die beide bzw. zur Steuerung der Schalter S(sub)1 und S(sub)2 benutzt werden. Die Schalter S(sub)1 und S(sub)2 sind so zu denken, dass der erste während der Dauer (Tau) der Impulse von u(sub)1 der zweite während der Dauer t einer Halbperiode der Spannung u(sub)2 geschlossen ist. Beide Schalter sind bei richtiger Phasenlage der beiden Spannungen u(sub)1 und u(sub)2 zueinander gleichzeitig während der Zeit (Tau)/2 geschlossen und in dieser Zeit kann ein Stromimpuls der in Fig. 2c gezeichneten Dauer fliessen und den Kondensator C(sub)2 aufladen. Dieser und der Entladewiderstand R(sub)2 sind nun so bemessen, dass die Spannung über dem Kondensator zwischen den einzelnen Impulsen i(sub)1 nicht auf Null absinkt, sondern eine gewisse Höhe behält. Bei unveränderter Phasenlage der Spannungen u(sub)1 und u(sub)2 gegeneinander schwankt die Kondensatorenspannung u(sub)c mit dem Betrag (Delta)u(sub)c um eine mittlere Spannung u(sub)cm = u(sub)co (wie in Figur 2d dargestellt) die sich zu <Formel> berechnet, wenn man macht. Verschiebt sich die Spg u(sub)2 um einen Wert (Delta)t nach rechts gegen die Spannung u(sub)1, so verbreitert sich der Stromimpuls i(sub)1 zunächst proportional der Verschiebung. Das hat eine Vergrösserung von (Delta)u(sub)c, damit aber auch eine Erhöhung von u(sub)cm zur Folge, die ebenfalls bis zur Erreichung der Verschiebung (Delta)t = (Tau)/2 proportional (Delta)t ist. Umgekehrt hat eine Verschiebung nach links um - (Delta)t ein Schmalwerden des Stromimpulses -(sub)1 zur Folge, also ein Absinken der Werte von (Delta)u(sub)c und u(sub)cm bis sie bei - (Delta)t = (Tau)/2 alle zu Null geworden sind.

Die Regelung ist also im vorliegenden Beispiel so ausgelegt, dass die bei der gezeichneten Stromimpulsbreite (Tau)/2 entstehende mittlere Kondensatorspannung u(sub)cm = U(sub)co keinen Regelvorgang ausgelöst, während bei grösseren oder kleineren Breiten der Generator G(sub)2 entsprechend verstimmt wird.

In Fig. 2e ist die verfügbare Verstimmungsspannung u(sub)cm in Abhängigkeit vom Verschiebungsmass (Delta)t nochmals dargestellt. Während bei (Delta)t = 0 im Punkte P die Spannung u(sub)co am Kondensator C(sub)2 herrscht, wird bei (Delta)t = (Tau)/2 die Spannung u(sub)cmax erreicht, während bei - (Delta)t = (Tau)/2 die Spannung am Kondensator Null ist. Innerhalb dieses Bereiches ändert sich die Regelspannung proportional (Delta)t. Wird (Delta)t grösser, so bleibt die Regelspannung konstant u(sub)cmax bzw. null, um innerhalb eines Bereichs von der Grösse <Formel> um den Mittelwert (Delta)t = t wieder variabel zu werden. Im Punkt Q, wenn (Delta)t = t ist, wird die Regelung instabil, d.h. es kann zu einem Überschlagen der Regelung kommen, sodass nunmehr auf den Punkt P' hin geregelt wird, wie vorher auf P. In Figur 2e ist die jeweilige Regelungstendenz durch Pfeile eingetragen.

Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist, dass die zur Beeinflussung des Steuergliedes notwendige Leistung nicht von den steuernden Grössen selbst aufgebracht werden muss, dass vielmehr die Anordnung einer eigenen Quelle dafür (B in Fig. 1) möglich ist, die z.B. mit Röhren so gut wie ganz leistungslos geschaltet werde kann. Dadurch ist man in der Wahl der Steuerspannungen freier und kann bereits bei kleinen Verschiebungen grosse Rückstellspannungen erhalten.

Es ist so möglich (und die Schaltelemente, insbesondere die Widerstände R(sub)1, R(sub)2 und der Kondensator C(sub)2 werden vorteilhaft so bemessen), dass kleine, plötzlich auftretende Phasenfehler innerhalb nur einer Periode bereits völlig ausgegelichen werden. Gibt man der Integrationsschaltung zwei Kondensatorwiderstandsglieder mit verschiedenen Zeitkonstanten, so erhält man bei geeigneter Bemessung einerseits eine langsam wirkende Grobregelung, andererseits eine rasch wirkende Feinregelung. Statt des Kondensators in der Integrationsschaltung ist auch eine Drossel denkbar, wenn man die zwei Schalter parallel und derart schaltet, dass sie normalerweise geschlossen sind, also eine Art Ruhestrom fliesst, und nur zu den Zeiten geöffnet werden, in denen bei der vorbeschriebenen Anordnung die Schalter geschlossen werden. Bei dieser Anordnung baut sich an der Drossel in ähnlicher Weise eine Spannung auf, die je nach dem Widerstand der Drossel selbst und eine ev. zugeschalteten Widerstandes langsamer oder rascher abgebaut wird.

Die Figuren 3 - 6 zeigen Ausführungsbeispiele für Anordnungen gemäss der Erfindung:

In Figur 3 ist Rö 1 die Schaltröhre im Schaltgerät Sch, die von über bzw. die Übertrager Ü(sub)1 und Ü(sub)2 zugeführten Spannungen u(sub)1 und u(sub)2 gleichzeitig am Steuergitter und am Schirmgitter gesteuert wird. Die entstehenden Anodenstromimpulse laden im Integrationsglied I den Kondensator C(sub)2 auf, dessen Ladespannung u(sub)c auf das Gitter der Blindwiderstandsröhre Rö 2 im Steuerglied S wirkt. <Nicht lesbar> ist ein Strommesser im Anodenkreis der Röhre Rö 2, der unmittelbar in Frequenz-, Phasen- oder Zeitabweichungen des Generators G(sub)2 gegenüber dem empfangenen Sender geeicht werden kann. Im Anodenkreis der Röhre Rö 1 liegt der Ladewiderstand R(sub)1 für den Kondensator C(sub)2.

Figur 4 zeigt ein Schaltungsbeispiel ohne Impulsübertrager. Hier werden die Steuerstromimpulse von der Anode der Schaltröhre Rö 1 abgegriffen und mittels der Diode Rö 2 in positive Impulse umgewandelt. Diese Umkehranordnung ist im Schaltbild mit UR bezeichnet. Durch die Röhre Rö 2 wird auch die gitterseitige Steuerung der Blindwiderstandsröhre R 3 vereinfacht, weil sie die Röhre Rö 1 gleichstrommässig abtrennt.

In Figur 5 ist eine Ausführungsform mit symmetrischer Gegentaktschaltung dargestellt. Rö 1 und Rö 2 sind im Gegentakt arbeitende Schaltröhren, Ü(sub)1 und Ü(sub)2 zwei Eingangsübertrager mit 3 Wicklungen, deren dritte Wicklung zur Zeichnungsvereinfachung nicht neben die beiden anderen Wicklungen gezeichnet ist. Die Übertragungswicklungen sind so gepolt, dass die Steuerung der Röhre Rö 1 an der Anode und am Gitter mit Spannungen gleichen Vorzeichens erfolgt (wie bisher stets angenommen, s. Fig. 2a und 2b), während die Steuerung an der Röhre Rö 2 von zwei Spannungen miteinander entgegengesetzten Vorzeichen bewirkt wird (z.B. u(sub)2 in Fig. 2b um 180 Grad nach unten geklappt). So entstehen positive Steuerimpulse i(sub)1 und negative Steuerimpulse i'(sub)1, die sich bei richtiger Frequenzeinstellung des Generators G(sub)2 gerade gegenseitig kompensieren. Das hat den Vorteil, dass auch bei zeitweiligen Ausfall der synchronisierenden Spannung u(sub)1, wie er beim Empfang ferner Sender vorkommt, ein Gleichlauf über längere Zeit doch aufrecht erhalten bleibt.

In Figur 6 endlich ist eine weitere Gegentaktschaltung gezeichnet, bei der zwei Dioden Rö 3 und Rö 4 als Phasenumkehrröhrchen bzw. zur Potentialtrennung benutzt werden. Die Röhre Rö 5 ist Blindwiderstandsröhre, Ü(sub)1 und Ü(sub)2 Ausgangsübertrager für die Schaltröhren Rö 1 und Rö 2. Diese werden an den Steuergittern von der Spannung u(sub)1 gleichsinnig, an den Schirmgittern von der Spannung u(sub)2 im Gegentakt gesteuert.

Ü(sub)3 ist der Gegentakt-Eingangsübertrager für diese Spannung u(sub)2. Die übrigen Bezeichnungen ergeben sich aus denen der Figuren 3 bis 5.

Über die eingangs erwähnten Verwendungsgebiete hinaus kann eine Anordnung gemäss der Erfindung allgemein auch zur phasenstarren Frequenzteilung und -vervielfachung benutzt werden, insbesondere bei hohem Teilungs- bzw. Vervielfachungsverhältnis. Ebenso ist sie von Bedeutung zur fortlaufenden Messung von Frequenzänderungen, sowie überhaupt für sehr rasche und dabei äusserst genaue Frequenzmessungen.

Claims (17)

1. Schaltungsanordnung zur phasenstarren Gleichlaufsteuerung zweier Spannungen, deren Grundfrequenzen in einem beliebigen ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen, dadurch gekennzeichnet, dass bereits kleine zeitliche Differenzen von je zweien ihrer Nulldurchgänge bzw. Impulsflanken mittels wenigstens eines trägheitsarm gesteuerten Widerstandes in hohe Stromimpulse verwandelt werden, die über ein Integrationsglied zu einer hohen Steuerspannung addiert werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als gesteuerter Widerstand ein trägheitsarmer Schalter verwendet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als gesteuerter Widerstand ein Elektronenröhre benutzt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronenröhre mit wenigstens zwei von je einer der miteinander zu synchronisierenden Spannungen gesteuerten Elektroden benutzt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektronenröhren benutzt sind, wobei die Elektroden der einen Röhre im Gleichtakt, die der anderen im Gegentakt gesteuert werden und wobei die beiden entstehenden Steuerimpulsfolgen gegenläufig addiert werden.

6. Schaltunganordnung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter während des Nulldurchgangs bzw. eines Impulses der zu synchronisierenden Spannungen gleichzeitig geschlossen sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter während des Nulldurchgangs bzw. eines Impulses der zu synchronisierenden Spannungen gleichzeitig geöffnet sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadruch gekennzeichnet, dass zur Integration der zur Steuerung benutzen Stromimpulse ein Kondensator-Widerstands-Glied benutzt wird.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Integration, ein Spulenwiderstandsglied benutzt wird.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Integrationsglieder so bemessen sind, dass bei möglichst grossem Verhältnis von Entlade- zu Ladezeitkonstante sowohl eine Anpassung an die Regelgeschwindigkeit als an den Mitnahmebereich erreicht wird.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umkehrung der zur Steuerung benutzten Impulse zusätzliche Umkehrröhren verwendet werden.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Integrationsglied aus zwei Kondensator-Widerstandsgliedern mit derart verschiedenen Zeitkonstanten besteht, dass einerseits eine langsam wirkende Grobregelung, andererseits eine schnellwirkende Freinregelung erreicht wird.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensator-Widerstandsglied für die Feinregelung so bemessen ist, dass kleine, plötzich auftretende Phasenfehler gerade innerhalb einer Periode ausgeglichen werden.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Frequenzregelung des gesteuerten Generators eine Blindwiderstandsröhre benutzt wird.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im Anodenkreis der Blindwiderstandsröhre ein Messinstrument zur unmittelbaren Anzeige der weggesteuerten Gleichlaufdifferenz angeordnet ist.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Röhre benutzt wird, deren einer Steuerelektrode eine zu den Nulldurchgängen bzw. Impulsflanken symmetrische, vorzugsweise rechteckige oder trapezförmige oder Doppelimpulsspannung als Steuerspannung zugeführt und dieser eine Gleichspannung überlagert wird, sodass Anodenstrom-Steuerimpulse entstehen, deren Elektrizitätsmengen um einen Mittelwert symmetrisch mit der Phasendifferenz schwanken, wobei dieser bei Uebereinstimmung mit dem Gleichlaufpunkt auch bei zeitweiligen Ausfall der symmetrischen Steuerspannung erhalten bleibt.

17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zu synchronisierenden Spannungen nur an einen derart vorgespannten Schalter gelegt sind, dass eine Betätigung dieses Schalters höchstens für die Dauer der Gleichsinnigkeit der beiden Steuerspannungen erfolgt.