Apparat zum Messen des äquivalenten Frequenzhubes eines im Ausgangskreis eines Hochfrequenzgenerators durch Störgeräusche bedingten Frequenzmodulationsseitenbandes innerhalb eines wählbaren Frequenzbereiches
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zum Messen des äquivalenten Frequenzhubes eines im Ausgangskreis eines Hochfrequenzgenerators durch Störgeräusche bedingten Frequenzmodulationsseitenbandes innerhalb eines wählbaren Frequenzbereiches. Die Erfindung eignet sich, um insbesondere genau die Frequenzhübe eines Frequenzmodulationsgenerators zu kalibrieren, um eine möglichst genaue Messung der Frequenzmodulationsstörungen durchzuführen und insbesondere genau die Modulationsempfindlichkeit, das heisst die Modulationssteilheit (Hz/V) zu bestimmen.
Die Eichung und Einstellung von Frequenzmodulationsgeneratoren in der Weise, dass ein sehr genauer bestimmter Maximalhub der Frequenz erzielt wird, ist für viele Zwecke von Wichtigkeit, beispielsweise bei Frequenzmodulations-Rundfunksendern. Weiter ergibt sich eine zunehmende Notwendigkeit, sehr genau den Maximalhub einer Trägerwelle anzuzeigen bei Anordnungen, die bei Radaranlagen den Dopplereffekt kontinuierlicher Wellen ausnützen. Es gibt Anwendungszwecke, bei denen der maximale Frequenzhub bis auf 0, 05 Hertz bestimmt werden soll.
Bisher übliche Geräte zum Anzeigen von Frequenzmodulation hatten eine Empfindlichkeit von 5 bis 10 go hinsichtlich der Messung des Frequenzhubs.
Diese Anordnungen waren im allgemeinen auf die Messung von Frequenzhüben von Signalen beschränkt, bei denen man es mit nur niedrigen Modulationsfrequenzen, beispielsweise in der Grössenordnung von wenigen Kilohertz, zu tun hatte. Es versagten indessen solche Apparate, wenn eine Genauigkeit der Messung des Frequenzhubs von 1 % verlangt wurde und die Modulationsfrequenz höher als 20 Kilohertz lag.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Messungen von Frequenzhüben bei Hochfrequenzgeneratoren, bei denen die Frequenzänderung in Abhängigkeit von der modulierenden Spannung, das heisst die Modulationsempfindlichkeit, unabhängig von der Modulationsfrequenz ist, wobei die Modulationsfre- quenz mehrere MHz betragen kann und innerhalb weiter Grenzen die Modulationsempfindlichkeit konstant ist. Beispiele solcher Hochfrequenzgeneratoren sind Reflexklystrons, mit rückwärts verlaufenden Wellen arbeitende Oszillatorröhren und durch Spannungsmodulation abstimmbare Magnetrons.
Ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel eines Apparates zum Messen des durch Frequenzmodulation bedingten Frequenzhubs nützt die Erscheinung aus, dass die Trägerwelle 0 werden kann. Diese Erscheinung beruht darauf, dass die Hochfrequenzträgerwelle dann 0 wird, wenn der Modulationsindex M den Wert 2, 405 annimmt.
Dieser spezielle Modulationswert wird die Bedingung des verschwindenden Trägers genannt.
Wenn man einen Spektralanalysator verwendet, so kann die Amplitude der Ausgangsträgerwelle des Hochfrequenzgenerators beobachtet werden. Es wird dann die Amplitude des modulierenden Signals einer bekannten Frequenz f,,, vom Amplitudenwert 0 an so lange vergrössert, bis die Trägerwelle den Amplitudenwert 0 annimmt, was bedeutet, dass der Modulationsindex Mf den Wert 2, 405 hat.
Der Modulationsindex Mf ist wie folgt definiert : . f (1) fm wobei Af der Frequenzhub und f", die Modulations- frequenz ist. Die Bedingung, dass der Träger 0 wird, ergibt sich daher, wenn ?f fm = 2,405 (2) ist und da f,,, bekannt ist, ist Xf bestimmt und kann leicht aus der Gleichung (2) berechnet werden.
Indem man nun die Amplitude Vm des modulierenden Signals misst, wenn die Bedingung des verschwindenden Trägers erfüllt ist, ist dadurch die Mo dulationsempfindlichkeit n des Hochfrequenzgene Vm rators bestimmt. Wenn die Modulationsempfindlichkeit konstant ist, können andere gewünschte Fre quenzhübe des Generators dadurch erzielt werden, dass die Amplitude V des modulierenden Signals entsprechend gewählt wird. Man kann ferner dadurch, dass die Amplitude Vm eines ersten bekannten Bezugssignals mit der Amplitude V,,, eines zweiten Modulationssignals verglichen wird, den Frequenzhub des zweiten modulierenden Signals bestimmen.
Der Hauptzweck der Erfindung ist in einem einfachen und genauen Apparat zum Messen und zum Eichen des Frequenzhubes eines in der Frequenz modulierten Hochfrequenzgenerators zu sehen.
Der erfindungsgemässe Apparat ist gekennzeichnet durch einen Frequenzdiskriminator zur Ableitung eines Wechselstromsignals, dessen Amplitude dem momentanen Frequenzhub des Ausgangssignals des Hochfrequenzgenerators entspricht und dessen Frequenz der momentanen Modulationsfrequenz des Störgeräusches entspricht, Mittel, um vom genannten Wechselstromsignal ein anderes Wechselstromsignal abzuleiten, dessen Amplitude dem durch die Stör- geräuschkomponenten bedingten Frequenzhub innerhalb des gewählten Frequenzbereiches entspricht, Mittel zum Messen der Amplitude des anderen Wech selstromsignals, Mittel zum Anlegen eines Bezugsmodulationssignals an den Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung einer Bezugsfrequenzmodulation im Ausgangssignal desselben,
um im Ausgangskreis des Frequenzdiskriminators ein Bezugswechselstromsignal herzustellen, dessen Amplitude einem bekannten Frequenzhub entspricht und Mittel zum Vergleichen der Amplitudenwerte des Bezugswechselstromsignals und des anderen Wechselstromsignals, um den durch die Störgeräuschkomponenten bedingten Frequenzhub innerhalb des gewählten Frequenzbereiches und somit die den Störgeräuschkomponenten entsprechende Amplitude und die Amplitude der Trägerwelle relativ zueinander feststellen zu können.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in beabsichtigter Weise die Frequenz eines zu messenden Hochfrequenzgenerators mit einem Signal von bekannter Frequenz moduliert wird, während die Amplitude V,,, des bekannten Signals vergrössert wird und zur Anzeige gebracht wird, wenn die Trägerwelle den Wert 0 annimmt, in welchem Augenblick der Frequenzhub durch die bestimmte modulierende Frequenz f bestimmt ist.
Weiter betrifft eine beispielsweise Verwendung des Apparates ein Verfahren zum Messen der Modulationsempfindlichkeit eines Hochfrequenzgenerators, wobei, abgesehen von den vorstehend erörterten Massnahmen, die Amplitude V,,, des modulierenden Signals gemessen wird, wenn die Trägerwelle die Amplitude 0 hat, so dass die Modulationsempfindlichkeit bestimmt ist durch das Verhältnis des maximalen Frequenzhubes Jf zu der Amplitude V., des modulierenden Signals.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 eine Darstellung der Frequenzkomponenten einer in der Frequenz modulierten Trägerwelle,
Fig. 2 eine Darstellung derTeilfrequenzen des Spektrums einer frequenzmodulierten Trägerwelle, wobei der Modulationsindex so gewählt ist, dass die Bedingung für das erste Verschwinden der Trägerwelle erfüllt ist,
Fig. 3 ein Blockschaltbild,
Fig. 4 eine Darstellung der vom Sender dem Empfänger zugeführten Hochfrequenzenergie, gemessen in db in Abhängigkeit von der Frequenz, wobei eine Trägerwelle und Hochfrequenzleistung im einen Seitenband, entsprechend einer Amplitudenmodulation und einer Frequenzmodulation gezeigt ist,
Fig.
5A und 5B die beiden Hälften eines Blockschaltbildes einer Messanordnung zum Messen der störenden Frequenzmodulation,
Fig. 6 die Frequenzcharakteristik einer in Fig. 5 zum Unterscheiden von Hochfrequenzen vorgesehenen Brückenanordnung.
Im nachfolgenden soll zunächst die auf der Ausnutzung der verschwindenden Trägerwellenamplitude beruhende Messung zur Bestimmung des Frequenzhubs erörtert werden, und anschliessend gelangt eine einfache Anordnung zur Ausführung von Messungen des Frequenzhubs zur Erörterung. Danach wird eine Messanordnung erörtert werden, welche die durch Störungen bedingte Frequenzmodulation zu messen gestattet.
In Fig. 1 ist das Teilspektrum einer in der Frequenz modulierten Trägerwelle gezeigt, welche sich bei einem bestimmten maximalen Frequenzhub Jf bei einer bestimmten Frequenzmodulation ergibt, wobei der Modulationsindex niedriger als 2, 405 ist.
In diesem Fall tritt, wie Fig. 1 zeigt, ein Signal bei der Trägerwelle f auf, und es erscheinen obere und untere Seitenbandfrequenzen im Abstand eines Vielfachen von f,,,. Die Seitenbandamplituden hängen vom maximalen Frequenzhub ab, der sich bei der Modulationsfrequenz fln ergibt.
Die Amplitude der Trägerwelle ändert sich wie die Bessel-Funktion der Ordnung 0 mit dem Modulationsindex Mf, wobei der Modulationsindex durch die Gleichung (1) bestimmt ist. Ein wichtiger Punkt ist, dal3 die Amplitude der Trägerwelle den Wert 0 hat, wenn der Modulationsindex Mf den Wert 2, 405 annimmt. Dieser Wert der Frequenzmodulation wird im allgemeinen als Bedingung des ersten Verschwindens des Trägers bezeichnet. Die Bedingung der verschwindenden Trägerwelle ist in Fig. 2 gezeigt.
Es kann der Zustand der verschwindenden Trägerwellenamplitude sehr genau durch Aufnahme des Spektrums des Ausgangssignals des Hochfrequenzgenerators auf dem Anzeigeschirm eines Spektralanalysators festgestellt werden, indem man die Amplitude der Trägerwelle beobachtet, während der Modulationsindex geändert wird. Wenn man mit einem verschwindend kleinen Modulationsindex anfängt und denselben allmählich vergrössert, bis das erste Mal die Amplitude der Trägerwelle verschwindet, so weiss man, dal3 man die Bedingung des ersten Verschwindens des Trägers erreicht hat und dass Mf den Wert 2, 405 hat.
Wenn das erste Mal das Verschwinden der Trägerwellenamplitude auftritt, so kann man ent weder Xf oder die Modulationsfrequenz fm bestimmen, wenn die andere Grösse bekannt ist.
Es kann der maximale Frequenzhub sehr genau bestimmt werden unter Anwendung der Messtechnik des verschwindenden Trägers, wenn die Modulationsfrequenz f", genau bekannt ist. Da es verhältnismässig einfach ist, die Modulationsfrequenz zu messen und genau konstant zu halten, kann mit der angegebenen Messmethode der auftretende maximale Frequenzhub sehr genau bestimmt werden.
In Fig. 3 ist eine Schaltung dargestellt, welche den Frequenzhub eines Hochfrequenzgenerators zu messen gestattet. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung kann auch dem Zwecke dienen, die Frequenzmodulationsempfindlichkeit des Hochfrequenzgenerators zu bestimmen und den Frequenzhub desselben zu eichen.
Es ist ein Hochfrequenzgenerator 1 vorgesehen, dessen Frequenzmodulationseigenschaften gemessen werden sollen, und das Ausgangssignal wird den Eingangsklemmen eines Spektralanalysators 2 zugeführt, um die Trägerwelle und die Seitenbandfrequenzen sichtbar zu machen. Der Hochfrequenzgenerator ist zweckmässigerweise ein solcher, dessen Ausgangsfrequenz eine lineare Funktion der Modulationsspannung ist, das heisst ein solcher, der eine konstante Modulationsempfindlichkeit hat, wie es beispielsweise die vorstehend genannten Oszillatoren haben.
Durch den Oszillator 3 wird eine Sinuswelle erzeugt, deren Frequenz genau bekannt ist oder konstant gehalten wird, und das Ausgangssignal wird der Modulationselektrode des Hochfrequenzgenerators 1 über den Schalter 4 und ein einstellbares Dämpfungs- glied 5 zugeführt. Die Amplitude Vll, des modulierenden Signals f die der Modulierelektrode des Hochfrequenzgenerators 1 zugeführt wird, wird mittels eines Voltmeters 6, welches zwischen der genannten Elektrode und dem Massepunkt eingeschaltet ist, gemessen.
Indem man mit einer sehr niedrigen Amplitude der Modulationsspannung V,,, beginnt, wird die Amplitude F' die dem Hochfrequenzgenerator 1 zugeführt wird, dadurch vergrössert, dass der Widerstand des Dämpfungsgliedes 5 verringert wird. Dabei wird das Wiedergabebild des Spektralanalysators 2 beobachtet, bis die Hochfrequenzträgeramplitude bei Vergrösserung von V. sich auf 0 verringert, wodurch das Erreichen der ersten Träger 0 Bedingung angezeigt wird.
Es lässt sich die Messung der Modulationsempfindlichkeit mit ausserordentlich hoher Genauig- keit durchführen, weil die Anzeige der verschwindenden Trägerwellenamplitude auf dem Wiedergabeschirm des Spektralanalysators 2 sehr sinnfällig und ausserordentlich exakt ist.
Die Amplitude der modulierenden Spannung Vm wird an dem Voltmeter 6 im Zeitpunkt der verschwindenden Trägerwellenampli- tude beobachtet, und es kann die Modulationsempfindlichkeit des Hochfrequenzgenerators leicht wie folgt berechnet werden :
Nimmt man an, dass Vm eine Spitzenspannung von 10 Volt beim Verschwinden der Trägerwellenampli- tude hat und dass die Modulationsfrequenz 8316 Hz beträgt, so folgt aus Gleichung (1) : Af = flot 2, 405 = 8316 2, 405 = 20 000 Hz ; die Modulationsempfindlichkeit ist dann vf = 0 = 2000 Hertz/Volt.
V. 10
Ein bestimmter maximaler Frequenzhub von beispielsweise 20 000 Hz kann dann leicht bei einer Modulationsfrequenz, die sich von der Frequenz des Sinuswellenoszillators 3 unterscheidet, beispielsweise bei einer Modulationsfrequenz von 500 000 Hz eingestellt werden, nachdem die Modulationsempfindlichkeit erst einmal gemessen wurde. Denn es liefert die gemäss dem vorangegangenen Beispiel festgestellte 10-Volt-Spitzenspannung der Modulationsspannung V., einen maximalen Frequenzhub von 20 000 Hz im Ausgangssignal des Hochfrequenzgenerators 1. Zu diesem Zweck wird der zweite Frequenzmodulationsgenerator 7 an die Modulationselektrode des Hochfrequenzgenerators 1 über den Schalter 4 und das ver änderbare Dämpfungsglied 5 angeschaltet.
Das Dämpfungsglied 5 wird verändert, bis 10 V Spitzenspannung der Modulationsspannung Vm an dem Messinstrument 6 bei der neuen Modulationsfrequenz von 500 000 Hz angezeigt wird. Man weiss dann, dass der Hochfrequenzgenerator 1 auf den maximalen Frequenzhub von 20 000 Hz bei einer Modulationsfrequenz von 500 000 Hz eingestellt ist.
Es kann jeder gewünschte maximale Frequenzhub dadurch erreicht werden, dass, wie eingangs erörtert wurde, die Modulationsempfindlichkeit bestimmt wird und nur der neue Spitzenwert der Modulationsspannung Vm berechnet wird, der den gewünschten maximalen Frequenzhub entsprechend einer einfachen Proportionalitätsrechnung liefert. Die Genauigkeit der Bestimmung des maximalen Frequenzhubes Af ist hierbei allein durch die Genauigkeit und Frequenzabhängigkeit des Voltmeters 6 bestimmt, vorausgesetzt, dass eine konstante Modulationsempfindlichkeit vorliegt.
Sehr grosse oder sehr kleine Frequenzhübe werden zweckmässigerweise dadurch erzeugt, dass ein sehr genau geeichtes einstellbares Dämpfungsglied 5 verwendet wird, um die Modulationsspannung einzustellen. Diese Messungsweise ist insbesonders zweckmässig, wenn sehr kleine Frequenzhübe, beispielsweise von 0, 1 Hz, gewünscht sind. Das Einstellen sehr geringer Frequenzhübe ist insbesondere dann von Nutzen, wenn ein Gerät zum Messen der durch Stör- geräusche bestimmten Frequenzmodulation geeicht werden soll. Ein Beispiel der Einstellung eines sehr kleinen Frequenzhubes bildet beispielsweise der Fall, in welchem ein maximaler Frequenzhub der Frequenzmodulation von 2 Hz erzeugt werden soll mit einem Generator, dessen Modulationsempfindlichkeit 20 000 Hertz pro Volt beträgt.
Die Frequenzmodulationsspannung Vm, die erforderlich ist, um einen maximalen Frequenzhub von 2 Hz zu bewirken, ergibt sich in diesem Fall auf Grund der Rechnung zu 1 Millivolt.
Es ist im allgemeinen schwierig, mit einem Voltmeter genau einen Bereich von 1 Millivolt bis 10 Volt zu beherrschen, und dementsprechend kann ein exakt geeichtes Dämpfungsglied 5 eingeschaltet werden, welches eine Dämpfung um 80 db eines modulierenden Signals bewirkt, welches ohne Anwendung eines Dämpfungsgliedes 10 V an dem Voltmeter 6 liefern würde. Auf diese Weise lässt sich die modulierende Spannung leicht auf 1 Millivolt herabmindern, das heisst auf den Betrag, der benötigt wird, um in dem gewählten Beispiel 2 Hz Frequenzmodulation zu bewirken.
Die Genauigkeit, die sich bei Anwendung eines Dämpfungsgliedes hoher Präzision zum Einstellen sehr kleiner Spitzenwerte des Frequenzhubes ergibt, hängt nur von der Genauigkeit des Dämpfungsglie- des 5 und der Konstanz der Modulationsempfindlichkeit des Hochfrequenzgenerators 1 ab.
Erfahrungsgemäss haben kommerziell zur Verfügung stehende Präzisionsdämpfungsglieder die gewünschte Lineari tät über mehrere Dämpfungsdekaden und viele durch Anderung der Betriebsspannung abstimmbare Oszillatoren, wie Klystrons, Wanderwellenröhren mit rück- wärts wandernder Welle und Magnetrons haben über viele Dekaden des Frequenzhubes die gewünschte Konstanz der Modulationsempfindlichkeit.
In Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, welche dem Zwecke dient, hochfrequente Stör- geräusche zu messen und dabei die Erfindung ausnutzt, um die Frequenzmodulationskomponente des Störgeräusches des Hochfrequenzgenerators zu bestimmen. Es ist ein Hochfrequenzgenerator 11, beispielsweise ein Reflexklystron-Oszillator oder ein anderer der vorgenannten Oszillatoren, der eine Frequenzmodulation und eine Amplitudenverteilung der Seitenbänder, wie durch das Spektrum (a) und das Spektrum {b) angedeutet, hat, vorgesehen ; die Aus gangsenergie des Oszillators 11 wird über ein einstellbares Dämpfungsglied 12 einer Verzweigung 13 (magisches T) zugeführt.
Die Frequenzmodulation und die Amplituden der Seitenbänder, die dargestellt sind, gelten für besondere Modulationsfrequenzen, die die verschiedenen Seitenbandfrequenzen liefern.
Es ist indessen festzustellen, dass diese Modulationen ebensogut auch aus einem Störgeräusch bestehen können und nicht aus bestimmten Linien.
In der Hohlleiterverzweigung 13 wird die Ausgangsenergie des Generators 11 in zwei Teile gespalten, und der eine Teil wird über einen Frequenzmodulationszweig 8 und der andere Teil über einen zweiten Zweig 9 einer Frequenzmodulationsempfangsschaltung 20 geleitet.
Der Frequenzmodulationszweig 8 der Schaltung 20 liefert die Hochfrequenzenergie der Frequenz Diskriminatorbrücke 14. Die Brücke 14 befindet sich im Abgleich bei der Frequenz fo der Trägerwelle des Hochfrequenzgenerators 11, so dass, wenn die Frequenz des Generators 11 dieselbe Frequenz wie die Brücke 14 hat, die Ausgangsleistung an der Brücke nur sehr klein ist. Es ist indessen die Brücke 14 scharf abgestimmt, so dass bei einer geringen Frequenzabweichung der zugeführten Hochfrequenzleistung von der Abstimmfrequenz f der Brücke sich ein Ausgangssignal ergibt. Die Brücke 14 dient dem Zweck, die frequenzmodulierte Energie des Hochfrequenzgenerators 11 im Ausgangskreis der Brücke in eine amplitudenmodulierte Hochfrequenz zu überführen.
Die Frequenz-Diskriminatorbrücke 14 umfasst ein symmetrisches T-Stück 15, an dessen einen Arm ein abstimmbarer Hohlraumresonator 16 angekoppelt ist, der auf die Frequenz abgestimmt ist. Ein anderer Arm der Brücke umfasst ein einstellbares Dämpfungs- glied 17 und ein einstellbares Kurzschlussglied 18. Die andere Klemme des Verzweigungsstückes 15 bildet den Ausgangskreis.
Die Brückenschaltung ist bei der Frequenz fo dadurch abgestimmt, dass der Hohlraumresonator auf diese Frequenz abgeglichen wird und dass dann die Phase und die Amplitude der von dem anderen Arm des Verzweigungsstückes 15 reflektierten Wellen durch das Dämpfungsglied 17 und des einstellbaren Kurzschlussgliedes 18 abgeglichen wird, so dass Energie, welche von dem Hohlraumresonator 16 bei der Resonanzfrequenz f reflektiert wird, kompensiert wird.
Die Hochfrequenz-Charakteristik der Diskriminatorbrückenschaltung 14 ist in Fig. 16 gezeigt, wobei Fig. 6 die Ausgangsamplitude des Signals der Brük- kenschaltung in Abhängigkeit von der Frequenz des der Brückenschaltung 14 zugeführten Eingangssignals wiedergibt. Man sieht, dass der Ausgangspegel der Brückenschaltung bei der Resonanzfrequenz f,, um 40 bis 50 db unterhalb des Pegels des Eingangssignals liegt. Bei Frequenzen oberhalb und unterhalb der Resonanzfrequenz fo nimmt der Pegel des Ausgangssignals der Brücke linear innerhalb eines beträcht- lichen Frequenzbereiches zu.
Bei dem gezeigten Beispiel ist das hochfrequente Eingangssignal in der Frequenz moduliert mit einer bestimmten Modulationsfrequenz bis zu einer maximalen Frequenzabwei chung entsprechend dem Spektrum a der Fig. 5.
Während der Augenblicke, in welchen das Hochfre quenzeingangssignal der Brücke die Resonanzfrequenz der Brücke hat, ist das hochfrequente Ausgangssignal sehr klein. Wenn die Frequenz des hochfrequenten Eingangssignals zunimmt und grösser als f"wird, nimmt die Amplitude des hochfrequenten Ausgangssignals zu, wird aber wieder sehr klein, wenn die Frequenz des Eingangssignals wieder den Wert fl, annimmt. Derselbe Zyklus wickelt sich ab, wenn die Frequenz des hochfrequenten Eingangssignals der Brücke unter den Wert fo der Resonanzfrequenz fällt, und es nimmt dann wiederum die Amplitude des hochfrequenten Ausgangssignals der Brücke zu, um wiederum auf einen niedrigen Wert abzufallen, wenn die Frequenz des hochfrequenten Eingangssignals wieder den Wert f annimmt.
Man erkennt daher, dass die Diskriminator-Brückenschal- tung 14 die Frequenzmodulation des ursprünglichen Eingangssignals in eine Amplitudenmodulation umwandelt, die dem hochfrequenten Ausgangssignal der Brücke die in Fig. 6 gezeigte Charakteristik gibt. Man sieht, dass, je grösser der Frequenzhub des hochfrequenten Eingangssignals der Brücke wird, um so grö- sser die Amplitudenmodulation des hochfrequenten Ausgangssignals der Brückenschaltung ist.
Zusätzlich zu dem vorstehend erörterten Effekt hat die Diskriminator-Brückenschaltung den nachfolgenden Einfluss auf das hochfrequente Signal : Die Phase des hochfrequenten Ausgangssignals der Brücke erfährt einen Phasensprung von 180 , wenn das hochfrequente Eingangssignal die Resonanzfrequenz fi der Brückenschaltung durchläuft. Mit anderen Worten ist die Phase des hochfrequenten Ausgangssignals wäh- h- rend der Zeit, in welcher das hochfrequente Eingangssignal eine Frequenz hat, die höher ist als die Frequenz fos um 180 anders als die Phase des hochfrequenten Ausgangssignals, wenn die Frequenz des hochfrequenten Eingangssignals unterhalb der Resonanzfrequenz fo liegt.
Man erkennt daher, dass die Diskriminator-Brückenschaltung das ursprünglich frequenzmodulierte hochfrequente Eingangssignal in ein hochfrequentes Ausgangssignal umwandelt, welches eine Zweiseitenbandmodulation mit unterdrückter Trägerwelle darstellt.
Eine Amplitudenmodulation der Ausgangsschwingung des Mikrowellengenerators 11 wird ebenfalls über die Brückenschaltung 14 geleitet. Im allgemeinen ist bei einem Mikrowellengenerator diese Ampli tudenmodulation gering und unter praktischen Verhältnissen sehr viel geringer als die Amplitudenmodulation, die im Ausgangskreis der Brückenschaltung 14 nach Umformung der ursprünglichen Frequenzmodulation in eine Amplitudenmodulation auftritt. Es kann daher die ursprünglich vorhandene Amplitudenmodulation im Zweig 8 bei den weiteren Betrachtunben vernachlässigt werden.
Die hochfrequenten Ausgangsschwingungen der Frequenzdiskriminatorbrücke 14 werden dem einen Eingangskreis einer symmetrischen Mischstufe 19 zugeführt, wo eine Überlagerung mit den Schwingungen eines örtlichen Oszillators 21 stattfindet, der beispielsweise ein Klystron-Oszillator sein kann. Die Frequenz des örtlichen Uberlagerers unterscheidet sich von der Frequenz des Hochfrequenzgenerators 11 um eine zweckmässige Zwischenfrequenz, beispielsweise um 30 MHz. Die Ausgangsschwingungen des örtlichen Uberlagerers 21 werden der Mischstufe 19 über eine geeignete Hochfrequenzleitung und eine einstellbare Dämpfungsstufe 22, welche die der Mischstufe 19 zugeführten Schwingungen in der Amplitude einzustellen gestattet, zugeleitet.
Die Ausgangsschwingungen der symmetrischen Mischstufe 19 enthalten das Spektrum, welches an der Ausgangsseite der Diskriminatorbrücke 14 vorhanden war, wobei der Unterschied vorliegt, dass die mittlere Frequenz auf die Zwischenfrequenz, nämlich auf die 30 MHz, übertragen wurde. Dieses neue Zwischenfrequenzspektrum ist bei d angegeben. Die Ausgangsschwingungen der Mischstufe 19 werden dem Eingangskreis eines Zwischenfrequenzverstärkers 23 zugeführt und von diesem einem Pufferverstärker 24 zugeleitet. Die Ausgangsschwingungen des Pufferver stärkers 24 werden der einen Klemme eines auf Phasenunterschiede ansprechenden Detektors 25 zuge- leitet.
In dem anderen Zweig 9 der zur Anzeige der Frequenzmodulation dienenden Schaltung 20 treten sowohl die Amplituden-Modulationskomponenten als auch die Frequenz-Modulationskomponenten der hochfrequenten Schwingungen auf, wobei dieselben iiber ein einstellbares Dämpfungsglied 26 und über eine einstellbare Phasenverschiebungsstufe 27 geleitet werden.
Die Ausgangsschwingungen der Phasenverschiebungsstufe 27 werden dem Eingangskreis einer symmetrischen Mischstufe 28 zugeleitet, in der die Amplituden-Modulationskomponenten und die Frequenz-Modulationskomponenten mit den Schwingungen des örtlichen Oszillators 21 überlagert werden und beide ein Amplituden-Modulationsspektrum bzw. ein Frequenz-Modulationsspektrum liefern, dessen mittlere Frequenz bei der gemeinsamen Zwischenfrequenz, beispielsweise bei 30 MHz, liegt.
Das Frequenz-Modulationsspektrum und das Amplituden Modulationsspektrum der hochfrequenten Schwingungen werden dann dem Eingangskreis des Zwischenfrequenzverstärkers 29 zugeführt, wo eine Verstärkung stattfindet und ein Teil der Ausgangsschwingungen einem Amplituden-Modulationsdetektor 31 zugeführt wird, wo die Amplitudenmodulation und der gleichgerichtete Träger von den Frequenz-Modulationskomponenten getrennt werden. Die Amplitudenmodulation des gleichgerichteten Stromes der Trägerwelle fo wird in Serie über ein Milliampere- meter 32 und einen Widerstand 33 nach Erde abgeleitet. Der andere Teil der Ausgangsenergie des Zwischenfrequenzverstärkers 29 wird über den Pufferverstärker 34 der anderen Eingangsklemme des auf Phasenlagen ansprechenden Detektors 25 zugeführt.
Die Amplituden der Zwischenfrequenzsignale sind so eingestellt, dass die Amplitude, die dem Phasendetek tor 25 von dem Vergleichszweig 9 zugeführt wird, wesentlich grösser, beispielsweise mindestens 10 db grösser ist als die Amplitude des Signals, welches dem Detektor 25 von dem Zweig 8 zugeführt wird. Wenn man diese Bedingung einhält, werden die Amplituden-Modulationskomponenten des Bezugszweiges 9 im wesentlichen unterdrückt und treten nicht im Ausgangskreis des Phasendetektors 25 auf.
Die Bauart eines Phasendetektors 25 ist an sich bekannt. Ein solcher Detektor wird hier verwendet, weil er ausserordentlich empfindlich gegenüber Signalen der Zwischenfrequenz ist, im wesentlichen aber Schwingungen in seinem Ausgangskreis unterdrückt, welche nicht die Frequenz der Zwischenfrequenz haben. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 25 ist eine Spannung, welche direkt proportional der Amplitude des Zwischenfrequenzsignals im Zweig 8 ist, welches wiederum eine direkte Funktion des maximalen Frequenzhubes des Hochfrequenzsignals des Hochfrequenzgenerators 11 ist. Der einstellbare Phasenschieber 27 wird so eingestellt, dass die beiden Zwischenfrequenzeingangssignale des Phasendetektors 25 in Synchronismus sind und dadurch die Empfindlichkeit des Phasendetektors erhöhen.
Wenn zwei zwischenfrequente Eingangssignale in den Zweigen 8 und 9 in Phase sind, wenn sie dem Phasendetektor 25 zugeführt werden, so liegt das Ausgangssignal des Detektors in einer Richtung, das heisst das Ausgangssignal des Detektors nimmt zu, wenn die Amplitude des Zwischenfrequenzsignals im Zweig 8 zunimmt.
Wenn aber die Phase der zwischenfrequenten Eingangssignale im Zweig 8 und 9 um 180 phasenver- setzt liegen, so arbeitet der Phasendetektor 25 im entgegengesetzten Sinn, das heisst das Ausgangssignal nimmt ab, wenn die Amplitude des zwischenfrequenten Signals des Zweiges 8 zunimmt. Daraus erkennt man, dass das Ausgangssignal des Phasendetektors 25 eine Spannung ist, deren momentane Amplitude direkt proportional dem momentanen maximalen Fre quenzhub Jf des ursprünglichen Hochfrequenzsignals des Generators 11 ist.
Für die Zwecke der Erklärung des Vorganges wurde ein hochfrequentes Eingangssignal angenommen, welches eine bestimmte Frequenzmodulation bei der Modulationsfrequenz flan mit einem maximalen Frequenzhub xf hat. Die Wirkungsweise ist indessen die gleiche, wenn die auftretende Frequenz statistisch bedingt ist oder eine Kombination einer statistischen und einer vorgegebenen Frequenzmodulation ist. In dem wiedergegebenen Beispiel würde die Ausgangsschwingung des Phasendetektors eine Sinusspannung sein, deren Amplitude proportional dem maximalen Frequenzhub Jf ist und der Frequenz der ursprüng- lichen Modulationsfrequenz f., entspricht.
Das Aus gangswechselstromsignal des Phasendetektors 25 wird der Frequenzmodulationsklemme 35 eines drei Schaltstellungen besitzenden Schalters 36 zugeführt.
Besonderer Sorgfalt bedarf der Bau der die Frequenzmodulation anzeigenden Schaltung 20, insbesondere im Hinblick auf die Phasenverschiebungen und elektrischen Längen zwischen dem örtlichen Oszillator 21 und dem Phasendetektor 25 im Frequenz-Modulationssignalzweig 8 und im Vergleichszweig 9. Die elektrischen Längen dieser beiden Zweige sollten gleich sein, und es sollten die Phasen-Charakteristiken in beiden Zweigen aufeinander abgeglichen werden, damit Frequenzmodulationen des örtlichen tYberlagerers sich in dem Phasendetektor aufheben.
Bei einem typischen Anwendungsfall, nämlich einem mit kontinuierlichen Wellen arbeitenden Radargerät, bestehen die Wechselstromsignale, die im Ausgangskreis des Phasendetektors 25 auftreten, nicht nur aus einer einzigen Hochfrequenz, sondern aus einer grossen Anzahl im nahen Abstand voneinander liegenden Linien, die dem Frequenz-Modulationsstör- geräusch des Hochfrequenzgenerators 11. entsprechen.
Die Wichtigkeit, dass man die Seitenbandenergie des Frequenz-Modulationsgeräusches innerhalb schmaler Bänder, wie sie hier zur Erörterung stehen, messen kann, ergibt sich für das Arbeiten mit kontinuierlichen Wellen benutzenden Doppler-Radargeräten aus Fig. 4, wo ein Einstreuungsvorgang der Sendeschwingungen auf den Empfänger bei einem mit Ausnutzung des Dopplereffektes arbeitenden Radargerät gezeigt ist. Bei einem solchen mit Dopplereffektausnutzung arbeitenden Radargerät hat man es mit einem kontinuierlich ausgesendeten Träger der Frequenz f" zu tun. Die von einem Ziel zurückkommenden Echos, die untersucht werden sollen, treten am Empfänger mit einer Frequenzverschiebung auf, welche proportional der relativen Geschwindigkeit des Senders und des Zieles ist.
Die ausgesendete Trägerwelle wird normalerweise von einem Oszillator niedriger Leistung im Senderteil abgeleitet, beispielsweise von einem stabilisierten Klystronoszillator. Das typische Frequenzspektrum eines solchen Oszillators ist in Fig. 4 wiedergegeben. Man hat es mit der Trägerwelle und mit durch Störgeräusche bedingten Amplituden-Modulations-und Frequenz-Modulationsseitenbändern zu tun, wobei im allgemeinen das Frequenzmodulations Störgeräuschleistungsniveau mindestens 60 db unterhalb des Leistungsniveaus der Trägerwelle liegt und das Leistungsniveau des Amplituden-Modulationsstörgeräusches 50 db unterhalb des Niveaus des Frequenz-Modulationsstörgeräusches liegt. Das Leistungsniveau des Störgeräusches ist im allgemeinen am höchsten bei Frequenzen, die in der Nähe der Trägerfrequenz liegen und wird geringer bei Frequenzen, die weiter entfernt sind.
Bei einer typischen Radaranordnung, die mit kontinuierlichen Wellen arbeitet, kann die vom Sender auf den Empfänger eingestreute Hochfrequenzleistung auf ungefähr-120 dbm verringert werden, wobei dbm Leistungsverhältnisse in db unterhalb einem Milliwatt bedeutet. Die Empfängerempfindlichkeit ist im allgemeinen durch das Geräuschniveau begrenzt, und allgemein kann man nicht zwischen einem Fre quenz-Modulationsstörgeräusch und einem Amplitu den-Modulationsgeräusch unterscheiden, so dass der Empfänger bis zu einer Empfindlichkeit von-120 bis -130 dbm betrieben werden kann, je nachdem, wie nahe das durch den Dopplereffekt in der Frequenz verschobene Echosignal der Trägerwellenfrequenz kommt.
Von dem Standpunkt, die Leistungsfähigkeit eines Radargerätes dieser Art voraussagen zu k¯nnen, ist es daher ausserordentlich wichtig, genau die Reinheit der ausgesendeten Trägerwelle bestimmen zu können, das heisst die relative Amplitude der durch Störgeräusche bedingten Seitenbänder, und zwar insbesondere des Frequenzmodulations-Störgeräuschseitenbandes in einem Abstand von 1 bis 300 KHz von der Trägerwelle.
Eine auf Störgeräusche zurückgehende Frequenzmodulation erscheint als Energie bei anderen Frequenzen als der Trägerwelle und kann entweder in Form diskreter Seitenbänder oder in Form eines kontinuierlichen Seitenbandspektrums auftreten. Wenn man von der Frequenzmodulation spricht, die auf Störgeräusche zurückgeht, so bezieht man sich im allgemeinen auf die Leistung der Störgeräusch-Frequenzmodulation innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes, indem man diese Leistung in db unterhalb der Trägerwelle ausdrückt.
Wenn man indessen den Geräuschpegel klar bezeichnen will, so ist es zweckmässiger, das innerhalb eines bestimmten Bandes liegende Störgeräusch in Form eines effektiven, das heisst der Quadratwurzel aus dem gemittelten Quadrat (r. m. s.)-Frequenzhubes über die interessierende Bandbreite bei einer bestimmten Frequenz des Spektrums auszudrücken. Das heisst, der Ausdruck Geräuschleistung von.. db unterhalb der Trägerwelles an einer bestimmten Stelle des Spektrums wird einer äquivalenten Leistung gleichgesetzt, welche durch eine diskrete Modulationsfrequenz an derselben Stelle des Spektrums erzeugt würde.
Da die Geräusch- leistung sehr klein ist, kann die äquivalente Leistung im allgemeinen wiedergegeben werden durch die Leistung, die nur in dem ersten Seitenband der äquiva- lenten Modulation liegt. Wenn beispielsweise die tat sächliche Leistung des Geräusches in einem bestimmten Frequenzband, dessen Abstand von der Träger- welle f durch die Frequenz flt, gegeben ist, gemessen wurde, so kann diese Leistung derjenigen Leistung gleichgesetzt werden, die eine absichtlich erzeugte Modulation mit derselben Frequenzmodulation f, y, und dem geeigneten maximalen Frequenzhub ?f erzeugt wurde.
Unter diesen Umständen ist es üblich, einen äquivalenten Frequenzhub ?f zu definieren, und dieser wird mitunter als r. m. s.-Frequenzhubp bezeichnet.
Diese beiden grundsätzlichen Messverfahren zur Bestimmung der durch Störgeräusche bedingten Frequenzmodulation werden wie folgt miteinander in Beziehung gesetzt : Die Amplitude der Trägerwelle und der Seitenbänder einer frequenzmodulierten, in Spannungen ausgedrückten Hochfrequenzschwingung ändern sich wie Bessel-Funktionen, deren Argument der Modulationsindex ist. Die Spannungsamplitude der Trägerwelle entspricht Jo (Mf), und die Amplitude des ersten Seitenbandes entspricht J,. (Mf) usw.
Die relative Amplitude der für die Leistung der Trägerwelle massgeblichen Schwingung, bezogen auf die Amplitude der in den ersten Seitenbändern liegenden Leistung, ergibt sich zu : db = 20 x log1O s (M0 (3) Ji (Mf)
Wenn der Modulationsindex klein ist, das heisst kleiner-als 0, 5 ist, so ergibt sich
J. (Mf) ¯ 1, 0 (4) ferner ergibt sich il (M) ¯ Mi ¯ af (5) dabei werden J2 (Mf)...J?(Mf) so klein, dass sie vernachlässigt werden können. (6)
Man erhält unter diesen Umständen aus Gleichung (3) :
EMI7.1
Gleichung (7) ergibt die gewünschte Beziehung zwischen der Leistung in einem der Seitenbänder erster Ordnung und der Trägerwelle im Falle eines kleinen Modulationsindexes. Es ist zu beachten, dass die Leistung des Geräusches, bezogen auf die Leistung der Trägerwelle und in db ausgedrückt, nur von dem maximalen Frequenzhub (f) für eine bestimmte Frequenz f,,, abhängt, die von der Trägerwelle fO entfernt liegt. Es kann dementsprechend die Leistung des die Frequenzmodulation erzeugenden Störgeräusches bei einer bestimmten Frequenz, die von der Trägerwelle abliegt, in Form des Frequenzhubes Af ausgedrückt werden.
Wenn beispielsweise die Frequenzmodulation des Störgeräusches in einem Band von 1 KHz Breite, welches 10 KHz von der Trägerwelle entfernt liegt, gemessen wird und die Leistung des Störgeräusches um 100 db unterhalb der Leistung der Trägerwelle liegt, so hat man in Gleichung (7) einzusetzen :
100 = 20 log10 20000/?f Löst man diese Gleichung auf, so ergibt sich Af 0, 2 Hz maximaler Frequenzhub oder 0, 14 Hz als r. m. s -Frequenzhub.
Das Ausgangssignal des Phasendetektors 25 ist eine Spannung, deren Amplitude direkt von dem momentanen maximalen Frequenzhub des Generators 11 abhängt. Im allgemeinen ist das Ausgangssignal der meisten Hochfrequenzgeneratoren in statistischer Weise frequenzmoduliert, und dies nennt man Frequenzmodulationskomponente des Störgeräusches.
Den momentanen maximalen Frequenzhub kann man dadurch messen, dass an die Ausgangsklemmen 35 des Phasendetektors 25 ein Spektralanalysator angeschaltet wird. Im allgemeinen aber ist es zweck- mässig, Messungen anzuwenden, die auf Mittelwerts- bildung beruhen und die Frequenzmodulationskomponente des im Seitenband liegenden Störgeräusches bei verschiedenen interessierenden Doppler-Frequenzen f zu messen. Wenn man dieses tut, kann man bei verschiedenen Modulationsfrequenzen fier, Charakteristiken für das Frequenz-Modulationsstörgeräuschniveau und das Amplituden-Modulationsstörgeräusch- niveau aufstellen, die für einen Hochfrequenzgenerator 11 gültig sind und der Darstellung der Fig. 4 entsprechen.
Die Verteilung des Frequenz-Modulationsstörgeräusches in Abhängigkeit der Modulationsfrequenz f kann bestimmt werden durch Analyse der Spannung, die im Ausgangskreis des Phasendetektors 25 an der Klemme 35 vorgenommen wird. Eine solche Analysatorschaltung ist durch die Schaltungsgruppe 30 der Fig. Sb dargestellt.
Da die Spannung, die an der Ausgangsseite des Phasendetektors 25 auftritt, eine Amplitude hat, die linear von dem momentanen maximalen Frequenzhub des Hochfrequenzgenerators 11 abhängt, kann diese Spannung entweder sinusförmig oder statistischer Art sein oder eine Mischung beider. Eine sinusförmige Spannung bei der Frequenz würde auftreten, wenn der Generator mit einer Frequenz/, in der Frequenz moduliert wäre ; eine statistische Modulation würde indessen vorliegen, wenn der Generator entweder eine statistische Frequenzmodulation erfährt oder wenn man es mit einer Modulation durch Stör- geräusche zu tun hat.
Es kann indessen theoretisch eine statistische Wellenform im Wege der Fourier Analyse als eine unendliche Reihe diskreter sinusförmiger Schwingungen, denen eine mathematisch zu ermittelnde Amplitude zukommt, ausgedrückt werden. Wenn eine solche statistisch bedingte Wellenform eine Spannung ist, so bestimmt man üblicher- weise die Amplitude der äquivalenten Fourier-Sinus schwingungsformen durch Messung mittels eines Messgerätes, welches man Wellenanalysator nennt und das an sich bekannt ist. Es wird daher die Ausgangsspannung des Phasendetektors 25 in einem Wellenanalysator 30 analysiert.
Mit dieser Anordnung kann der < rr. m. s. -Frequenzhub entweder für eine diskrete Frequenz oder eine statistisch bedingte, durch Stör- geräusche verursachte Frequenzmodulation des Hochfrequenzgenerators 11 bestimmt werden. (Der Ausdruck r. m. s. ist die englische Abkürzung für root mean square, das heisst für Quadratwurzel aus dem gemittelten Quadrat.) Die Ausgangsspannung des Phasendetektors 25 wird von den Ausgangsklemmen 35 über den Schalter 36 zur Eingangsseite eines einstellbaren Präzisionsdämpfungsgliedes 37 geleitet und von dort zu dem einen Verstärkungsbereich zwischen 1 KHz und 150 KHz besitzenden Verstärker 38 geleitet.
Der Verstärker 38 hat innerhalb des genannten Frequenzbereiches, in welchem das gewünschte Störgeräusch gemessen werden soll, eine horizontal verlaufende Charakteristik. Das Ausgangssignal des Verstärkers 38 wird der einen Eingangsklemme eines symmetrischen Niederfrequenzmodulators 39 zugeführt. Die Wirkungsweise des Dämpfungsgliedes 37 ergibt sich noch im einzelnen aus der nachstehenden Beschreibung.
Ein in der Frequenz veränderbarer Oszillator 41, dessen Schwingungsbereich beispielsweise zwischen 200 und 350 KHz liegt, ist über ein einstellbares Dämpfungsglied 42 und den Schalter 43 mit der anderen Eingangsklemme der symmetrischen Ampli tuden-Modulationsstufe 39 verbunden. Das Ausgangssignal der Modulatorstufe 39 enthält Spektrallinien des oberen und des unteren Seitenbandes, wobei die mittlere Frequenz bei der Frequenz f. des veränderbaren Oszillators 41 liegt. Es kann das gesamte Spektrum um 150 KHz verschoben werden, wenn der Oszillator 41 über seinen Abstimmbereich von 150 KHz verändert wird.
Das Ausgangssignal des Modulators 39 wird den Eingangsklemmen eines Bandpassfilters 44 zugeführt, welches eine Bandbreite von 1 KHz und eine mittlere Durchlassfrequenz von 200 KHz hat ; es kann beispielsweise ein mechanischer Filter oder aus Kristall bestehender Filter sein, welcher das genannte Band von 1 KHz Bandbreite aussondert. Indem die Abstimmung des Oszillators 41 verändert wird, kann jedes beliebige Band von 1 KHz Breite des Spektrums durch den Filter 44 hindurchgesendet werden.
Das Ausgangssignal des Filters 44 wird der Eingangsseite eines bei 200 KHz verstärkenden Verstärkers 45 zugeführt, wo eine Verstärkung auf ein geeignetes Niveau erfolgt. Ein Teil des Ausgangssignals des Verstärkers 45 wird den Vertikalablenkungsplatten einer Kathodenstrahlröhre 46 über einen Schalter 47 zugeführt. Der andere Teil des Ausgangssignals des Verstärkers 45 wird einem Voltmeter 48 zugeführt, welches die Effektivspannung des ausgewählten Bandes von 1 KHz Breite misst (r. m. s.-Spannung).
Das Voltmeter 48 dient zur relativen Amplitudenmessung aufeinanderfolgender schmaler Spektralbän- der der Fourier-Komponenten der Ausgangsspannung des Phasendetektors. Wie bereits erörtert wurde, ist die Amplitude dieser Spannungen direkt proportional dem sie hervorrufenden Frequenzhub, so dass das Voltmeter 48 eine relative Messung des r. m. s. Frequenzhubesp liefert und dementsprechend ein Mal3 für die Leistung des Frequenzmodulationsseitenbandes des untersuchten Spektralbereiches.
Die Eichung des Voltmeters 48 kann wie folgt vollzogen werden : Die Modulationselektrode des Hochfrequenzgenerators 11, der untersucht werden soll, erhält ein Frequenzmodulationssignal hinreichend grosser Amplitude zugeführt, so dass sich eine Träger- wellenamplitude 0 bei einem bestimmten maximalen Frequenzhub, beispielsweise von 50000 Hz, ergibt.
Wenn man Gleichung (2) auflöst, so sieht man, dass die Modulationsfrequenz f 20, 79 KHz betragen sollte, und diese Frequenz wird von dem Oszillator 51 geliefert. Ein geeichtes Dämpfungsglied 52 und ein einstellbares Dämpfungsglied 53 dienen dem Zwecke, die Amplitude der bei der Frequenz 20, 79 KHz zugeführten Modulationsspannung Vn, einzustellen und dadurch die Bedingung des ersten Verschwindens der Trägerwelle sicherzustellen. Der Zustand des verschwindenden Trägers wird dadurch festgestellt, dal3 ein Teil des Ausgangssignals des Pufferverstärkers 34, der im Vergleichszweig 9 der Frequenz-Modulationsuntersuchungsschaltung 20 liegt, hinsichtlich des Spektrums analysiert wird. Diese Spektralanalyse findet in dem Analysator 40 statt, der nachstehend zur Erörterung gelangt.
Die Frequenz des Oszillators 41 wird auf 220, 79 KHz eingestellt, so dass das Frequenz-Modulationsseitenband von 20, 79 KHz auf die mittlere Frequenz von 200 KHz des 1-KHz-Bandpassfilters 44 zu liegen kommt und dem Voltmeter 48 zugefuhrt wird, wo die Messung der Spannung erfolgt. Es wird dann das Dämpfungsglied 37 so eingestellt, dass eine geeignete Ablesung an dem Voltmeter 48 erfolgt. Im allgemeinen wird mit ziemlich hoher Dämpfung des Dämpfungsgliedes 37 gearbeitet, so dass eine geeignete Amplitude von beispielsweise 1 Millivolt am Voltmeter 48 erhalten wird. Es wird dann die Einstellung des Dämpfungsgliedes 37 festgestellt, die beispielsweise 100 db beträgt.
Diese Einstellung des Dämpfungsgliedes ist die zu benutzende Einstellung, und sie liefert eine Ablesung an dem Voltmeter 48, die einem absichtlich bewirkten maximalen Frequenzhub von df in der Grosse von 50 KHz entspricht.
Eine Kontrolle der Eichung der Geräusch-Fre- quenzmodulation und der Linearität des gesamten Systems kann man dadurch erhalten, dass die Dämp- fung des Dämpfungsgliedes 52 auf einen bestimmten Wert, beispielsweise 60 db, vergrössert wird und man die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 37 entsprechend verringert und beobachtet, ob das Voltmeter 48 dieselbe Ablesung behält.
Nunmehr wird das Modulationssignal von 20, 79 KHz von dem Hochfrequenzgenerator 11 abgeschaltet, und es vollzieht sich die Messung der Seitenbandleistung der Frequenz-Modulationskomponente des Geräusches wie folgt : Der veränderbare Oszillator 41 wird auf die Frequenz fn, abgestimmt, bei der die gewünschte Leistung des Geräuschseiten- bandes bzw. der maximale Frequenzhub erfolgen soll.
Es wird dann das Dämpfungsglied 37 in seiner Einstellung so weit verringert, bis das Voltmeter 48 denselben Ausgangswert von 1 Millivolt zeigt. Es soll angenommen werden, dal3 die neue Einstellung des Dämpfungsgliedes 40 db beträgt. Unter diesen Umständen ist die Leistung der Frequenz-Modulations- komponente des Geräusches bei der gewählten Fre- quenz 60 db kleiner als der maximale Frequenzhub.
von 50 KHz und beträgt dementsprechend 50 Hz maximaler Frequenzhub oder 35, 35 Hz effektiver Frequenzhub df. Indem man Gleichung (7) benützt und den maximalen Frequenzhub df einsetzt, kann die Leistung des Störgeräusches in db unterhalb der Trägerwelle bei der Modulationsfrequenz f,,, angegeben werden.
Der Spektralanalysator 40 gestattet bei der-Bestimmung des Verschwindens der Trägerwelle das gesamte Frequenz-Modulationsspektrum und das Amplituden-Modulationsspektrum zu beobachten.
Das Spektrum einschliesslich der Trägerwelle wird dem Zweig 9 der Schaltungsstufe 20 entnommen, und insbesondere erfolgt die Abnahme aus dem Ausgangskreis des Pufferverstärkers 34 unter Zuführung zur einen Eingangsklemme der Zwischenfrequenz mischstufe 54. Ein örtlicher Oszillator 55, dessen Frequenz um 455 KHz grösser oder kleiner als die Zwischenfrequenz ist, wird elektrisch in der Frequenz über die Breite des interessierenden Frequenzbandes verändert, indem über ein einstellbares Dämpfungs- glied 57 eine Spannung von einem Sägezahngenerator 56 zugeführt wird. Die Schwingung des in der Frequenz modulierten Oszillators 55 wird der anderen Eingangsklemme der Zwischenfrequenzmischstufe 54 zugeführt.
Der Ausgangskreis der Mischstufe 54 enthält die Trägerwelle und ein oberes und ein unteres Seitenband bei einer neuen Zwischenfrequenz, wobei die mittlere Frequenz bei 455 KHz liegt. Dieses Spektrum wird einem Bandfilter 58 von 800 Hz Bandbreite und einer mittleren Frequenz von 455 KHz zugeführt ; dieses Filter 58 filtriert Spektralbereiche von 800 Hz Breite aus dem kombinierten Amplitu den-Modulations-und Frequenz-Modulationsspektrum aus, während das Spektrum frequenzmässig an der Filterfrequenz vorbeiläuft. Das Ausgangssignal des Filters 58 wird einem auf der Frequenz von 455 KHz. arbeitenden Verstärker 59 zugeführt, wel cher-das Teilspektrurn verstärkt und der einen Klemme 61 eines Umschalters 47 zuführt.
Wenn der Schalter 47 mit der Klemme 61 verbunden ist, gelangen die Trägerwelle und die Seitenbandkompo- nenten des Ausgangssignals des Generators 11 an die Vertikalablenkungsplatten des Oszillographen 46.
Ein Teil der Ausgangsschwingungen des Säge- zahngenerators 5. 6 wird über die Leitung 62 den Horizontalablenkplatten des Oszillographen 46 zu geführt, so dass das obere Seitenband und das untere Seitenband und die Trägerwelle des Ausgangssignals des Hochfrequenzgenerators 11 angezeigt werden können. Indem man die Trägerwellenamplitude auf dem Oszillographen 46 beobachtet, während das Einstellglied 53 eingestellt wird, kann die Einstellung auf das Verschwinden der Amplitude der Trägerwelle sehr genau vorgenommen werden, indem man auf das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators 11 ein Frequenz-Modulationsseitenband bei einer Modulationsfrequenz von 20, 79 KHz mit-einer Amplitude aufmoduliert, welche einem-maximalen.
Hub von 50 KHz entspricht.
Das Frequenzmodulationsspektrum des Geräu- sches oder diskrete Frequenz-Modulationsseitenbän- der des Hochfrequenzgenerators 11 können dadurch beobachtet werden, dass der Schalter 43 von dem abstimmbaren Oszillator 41 auf einen zweiten Durch laufoszillator 65 umgeschaltet wird, dessen Frequenz entsprechend den Schwingungen des Sägezahngenerators 56 verändert wird, wobei die Modulations breite des Durchlaufoszillators 65 durch die Amplitude der Sägezahnschwingung bestimmt ist, welche wiederum durch das Dämpfungsglied 66 geändert werden kann.
Die Amplitude des Durchlaufoszillators 65 wird so eingestellt, dass sie im wesentlichen gleich der des zuvor von dem abstimmbaren Oszillator 41 über das einstellbare Dämpfungsglied 67 zugeführ- ten Signals ist, wobei die Amplitudengleichheit dadurch erreicht werden kann, dass gleich-Ablesungen an dem Mikroamperemeter 68 im Eingangskreis des symmetrischen Modulators 39 erzielt werden.
Indem das Signal des Durchlaufoszillators 65 an dem Amplitudenmodulator 39 angeschaltet wird, kann auf dem Oszillographen 46 das gesamte Frequenz-Modulationseinheitsspektrum in Abhängigkeit von der durch den Sägezahngenerator 56 gelieferten Schwingung wiedergegeben werden. Insbesondere können kleinere Teile der Frequenz-Modulations seitenbänder dadurch beobachtet werden, dass in entsprechender Weise das einstellbare Dämpfungsglied 66 eingestellt wird und dadurch die Breite des durchlaufenden Frequenz-Modulationsspektrums verringert wird. Die mittlere Frequenz des Durchlaufoszillators 65 kann durch Einstellen der die mittlere Frequenz liefernden Stufe 69 verändert werden, so dass nach Wunsch Teile des Frequenz-Modulationsspektrums für die Beobachtung ausgewählt werden können.
Amplituden-Modulationsseitenbandkomponenten können dadurch beobachtet werden, dass der Schalter 36 auf die Amplituden-Modulationsschaltstellung 71 umgelegt wird, wodurch die gleichgerichteten Signale des Amplitudenmodulationsdetektors 31 dem Eingangskreis des Verstärkers 37 zugeführt werden. Es wird dann das einstellbare Dämpfungsglied 26 in dem Bezugszweig des Frequenz-Modulationsdetektors 20 so dal3 ein Spannungsabfall von 4 Volt an demselben von beispielsweise 0, 8 mA Gleichstrom in dem 5000 Ohm betragenden Widerstand 33 erhalten wird, so dass ein Spanungsabfall von 4 Volt an demselben entsteht.
Da im allgemeinen die Amplituden-Modula- tionskomponenten des Störgeräusches nur einen kleinen Teil der Trägeramplitude betragen, ist praktisch die gesamte 4 V betragende Spannung am Widerstand 33 auf die Trägerwelle zurückzuführen. Man kann daher sagen, dal3, wenn das einstellbare Dämp- fungsglied 26 so eingestellt ist, dass 4 V sich an dem Widerstand 33 ergeben, die Trägerwellenamplitude 4 V beträgt. Es kann dann das aus den Amplituden Modulationskomponenten bestehende Seitenband in gleicher Weise in dem Analysator 30 beobachtet werden, wie dies mit den Komponenten des Frequenz Modulationsseitenbandes des Störgeräusches erfolgte.
Das Störgeräusch eines bestimmten Seitenbandes oder bestimmte Amplituden-Modulationskomponenten, welche gemessen werden sollen, können dann beobachtet werden und die Einstellung des Dämpfungs- gliedes 37, welche bei aedem gemessenen Frequenz- band den konstanten Ausschlag des Voltmeters 48 liefert, festgestellt werden.
Die Signale, welche auf die Amplitudenmodula- tion durch das Störgeräusch zurückgehen, werden dadurch geeicht, dass der Umschalter 36 in die Amplituden-Modulationsstellung 72 gebracht wird und dadurch der Eingangskreis des Verstärkers 38 an den Ausgangskreis des eine Sinuswelle von 10 KHz liefernden Oszillators 73 über ein einstellbares Dämp- fungsglied 74 und ein zweites solches Glied 37 angeschaltet wird. Die Einstellung des Dämpfungsglie- des 74 wird so getroffen, dass das Ausgangssignal, welches dem Dämpfungsglied 37 zugeführt wird, einer Effektivspannung von 40, ut entspricht, wobei die Messung an den Eingangsklemmen des Dämp- fungsgliedes 37 mittels eines Voltmeters 75 erfolgt.
Für die Zwecke der Eichung kann eine Spektrallinie von 10 KHz durch den Spektralanalysator 30 zwecks Messung an dem Voltmeter 48 ausgewählt werden. Die Einstellung des Dämpfungsgliedes 37 wird so gewählt, dass dieselbe Ablesung an dem Voltmeter 48 erhalten wird, die bei der Messung der Geräuschkomponenten erhalten wurde, und es wird dann die Einstellung des Dämpfungsgliedes festgestellt.
Da das als Eichsignal verwendete Signal von 10 KHz eine Amplitude von 40 V hat und die Trägerwellenamplitude zuvor auf 4 V eingestellt wurde, hat die als Eichlinie verwendete Spektrallinie von 10 KHz eine Amplitude von 100 db unterhalb der Trägerwelle. Es können auf diese Weise die Amplitude des Bezugssignals von 10 KHz und der Stör- geräuschlinien leicht relativ zueinander festgestellt werden, so dal3 das Störgeräusch in bezug auf das Bezugssignal von 10 KHz geeicht wird und damit in bezug auf die Trägerwelle festgestellt wird.