DE1090312B - Verfahren zur Erzeugung elektrischer Schwingungen, insbesondere zur Interferenz-Frequenzmessung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für viele Zwecke der elektrischen Nachrichtentechnik, insbesondere für den drahtlosen Verkehr und dabei vor allem für die Meßtechnik, spielt die Erzeugung von elektrischen Schwingungen eine wichtige Rolle, deren Frequenzwert möglichst genau bestimmt ist. Die meisten bekannten Verfahren bedienen sich dafür eines selbsttätigen Vergleiches zwischen einer mit Hilfe eines Schwinggenerators erzeugten Frequenz und einer Normalfrequenz bzw. deren Harmonischen. Als Schwingungsgenerator ist dabei auch schon ein Schwebungssummer verwendet worden, weil sich ein solches Gerät über einen großen Bereich ohne Umschaltung abstimmen läßt.

Eine solche Synchronisierung eines Schwebungssenders mit einer Frequenz des Normalfrequenzspektrums durch Regelung ist beispielsweise in der Abb. 47 zu einem Beitrag von Lothar Rohde mit dem Titel »Normalfrequenz und Frequenzmessung« dargestellt, der in »Fortschritte der Hochfrequenz-Technik«, Bd. 2, S. 242 bis 328 (1943), erschienen ist. In der Fig. 1 der Zeichnung ist diese bekannte Synchronisierschaltung nochmals wiedergegeben. Der Schwebungssender wird dabei durch den einstellbaren Oszillator 1, den Oszillator 2, die Mischstufe 3, den Tiefpaß 4 und den Verstärker 5 gebildet, an dessen Ausgang die zu erzeugende Arbeitsfrequenz A entnommen wird. Die Normalfrequenz N wird zwecks Erzeugung 'der gewünschten Harmonischen dem Verzerrer 6 zugeführt, und das Frequenzspektrum wird in der Mischstufe 7 mit der Arbeitsfrequenz A umgesetzt, wobei hinter dem Tiefpaß 8 und bei geschlossenem Schalter 9 eine Regelspannung R zustande kommt, die eine Steuereinrichtung 10 (z. B. eine Hubröhre) so beeinflußt, daß sie auf den Oszillator 2 im Sinne einer Synchronisierung der Arbeitsfrequenz A mit der ihr am nächsten liegenden Harmonischen des Normalfrequenzspektrums einwirkt. Die durch Veränderung der Frequenz des Oszillators 1 in einem weiten Bereich einstellbare Arbeitsfrequenz A des Schwebungssenders läßt sich in dieser Weise auf jede im gleichen Bereich liegende Harmonische des Normalfrequenzspektrums stabilisieren, ohne daß dafür die Oszillatoren 1 und 2 selbst stabile Frequenzen liefern müssen. Die Frequenzen dieser Oszillatoren können vielmehr bis zur Größenordnung des Abstandes zweier Normalfrequenzharmonischer schwanken, also insoweit unstabil sein. Bei geöffnetem Schalter 9 ist die Stabilisierung des Schwebungssenders aufgehoben, so daß die Arbeitsfrequenz A unstabilisiert über den gesamten Frequenzbereich des Senders stufenlos verändert werden kann.

Eine stufenlose Einstellung der Arbeitsfrequenz A ist bei der bekannten Synchronisierschaltung also nur im unstabilisierten Schaltzustand (geöffneter Schalter 9) vorhanden. Im stabilisierten Schaltzustand (ge-Verfahren zur Erzeugung
elektrischer Schwingungen,
insbesondere zur Interferenz-Frequenzmessung

Anmelder:

Rohde & Schwarz,

München 9, Tassiloplatz 7

Dipl.-Ing. Richard Leonhardt und Herbert Flicker,

München,
sind als Erfinder genannt worden

schlossener Schalter 9) läßt sich die Synchronisierung ausschließlich entsprechend der vom Normalfrequenzspektrum gelieferten Abstufung durchführen. Nur für diese Festwerte der Normalfrequenzharmonischen ist also die gewünschte hohe Genauigkeit der Frequenzerzeugung erreichbar.

Abgesehen von den im vorstehenden behandelten Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen mit genau definierter Frequenz gehört auch eine Radiorelaisstation mit einem Frequenzumsetzer zum Stand der Technik, bei welchem die unstabilen Frequenzen in einem hierbei allein in Betracht gezogenen stabilisierten Schaltzustand selbsttätig dadurch in einem Abstand gehalten werden, daß die eine von ihnen durch Umsetzung mit einer aus einem am Eingang auftretenden Spektrum ausgewählten konstanten Frequenz aus der anderen erzeugt wird. Die wahlweise Erzeugung einer über einen weiten Bereich stufenlos an ein und derselben Skala einzustellenden Ausgangsfrequenz ist damit nicht möglich.

Die angeführten Mängel der bekannten Synchronisierschaltung werden mit dem Verfahren zur Erzeugung .elektrischer Schwingungen einer Frequenz, die in einem weiten Bereich einstellbar ist, und als Differenz zweier Schwingungen von unstabiler Frequenz wahlweise unstabilisiert oder durch ein Normalfrequenzspektrum stabilisiert gewonnen wird, bei dem die beiden unstabilen Frequenzen im unstabilisierten Schaltzustand unabhängig voneinander erzeugt werden, erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die beiden Frequenzen im stabilisierten Schaltzustand selbsttätig durch an sich bekannte Nachregelung und/oder durch

009 610/191

3 4

Umsetzung der einen Frequenz in einem Abstand ge- barkeit z. B. einer Anordnung nach den Hauptmerkhalten werden, der der Summe oder Differenz aus der malen der Erfindung entspricht.

Frequenz einer Harmonischen des Normalfrequenz- Nach Fig. 3 wird wie im Ausführungsbeispiel nach spektrums und einer entweder abgestuft oder stufenlos Fig. 2 aus den Frequenzen f_b und /_s die Arbeitsüber den Abstand zweier benachbarter Harmonischen 5 frequenz A' in der gleichen Weise gewonnen, d. h. veränderbarer Frequenz entspricht. In besonderer nach Art eines Schwebungssenders aus an sich unAusgestaltung der Erfindung wird die eine der un- stabilen Frequenzen. Die Festfrequenz wird dabei im stabilen Frequenzen als Breitbandfrequenz unmittel- unstabilisierten Schaltzustand (dargestellte Lage des bar einem einstellbaren Oszillator (Breitbandoszilla- Schalters 26) dem Festoszillator 15 entnommen und tor) entnommen und die andere unstabile Frequenz als io im stabilisierten Schaltzustand durch Mischung in der Schmalbandfrequenz nach Mischung einer nicht ein- Mischstufe 27 als Summe oder Differenz der Breitstellbaren Frequenz (Festfrequenz) mit einem über bandfrequenz f_b und einer Harmonischen der Normalden Abstand zweier benachbarter Harmonischer ver- frequenz N über das Filter 28 gewonnen, wobei der änderbaren weiteren einstellbaren Oszillator (Schmal- Schalter 26 die gestrichelt eingetragene Lage hat. Die bandoszillator) und Aussiebung der Summen- oder 15 Arbeitsfrequenz A' ergibt sich auch hier wieder trotz Differenzfrequenz gewonnen. der unstabilen Frequenzen f_b und f_s als Summe oder

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Differenz der Frequenz einer wählbaren Normalnachstehenden Beschreibung an Hand der Fig. 2 bis 5 frequenzharmonischen und der Frequenz des Schmalder Zeichnung erläutert. Darin sind Ausführungs- bandoszillators 16, für dessen Konstanz das gleiche beispiele dafür dargestellt. 20 gilt wie für den Oszillator 16 nach Fig. 2.

Nach Fig. 2 wird in einer Mischstufe 11 nach Art Nach Fig. 4 ist in Abwandlung der Ausführung eines Schwebungssenders die Differenzfrequenz aus nach Fig. 3 vor und nach der an den Schmalbandden beiden unstabilen Frequenzen f_b und f_s gebildet, oszillator 16 angeschlossenen Mischstufe 17 je eine die hinter dem Tiefpaß 12 und dem Verstärker 13· als Umsetzerstufe 29 bzw. 30 vorgesehen, die von dem Arbeitsfrequenz A' zur Verfügung steht. Die Fre- 25 gemeinsamen Umsetzoszillator 31 gesteuert werden, quenz f_b wird dem einstellbaren Oszillator 14 ent- Durch diese vorgenommene zusätzliche Frequenznommen, dessen Variation dem gesamten Bereich der umsetzung in eine niedrigere Frequenzlage läßt sich Arbeitsfrequenz entspricht (Breitbandoszillator). Sie die Bandbreite des Filters 32 auf den für die Aussoll deshalb als »Breitbandfrequenz« bezeichnet wer- siebung störender Normalfrequenzkomponenten hinter den. Die Frequenz /_s ist nach Mischung der aus dem 30 dem Filter 28 genügend schmalen Wert bringen. In nicht einstellbaren Oszillator 15 (Festoszillator) ent- der Mischstufe 11 werden wiederum die unstabilen nommenen Festfrequenz f_f mit der Frequenz des wei- Frequenzen f_b und f_s gemischt, von denen letztere teren einstellbaren Oszillators 16 in der Stufe 17 und hinter dem Filter 3S auftritt.

Aussiebung der Summen- oder Differenzfreqenz im Eine weitere Abwandlung der Ausführung nach Filter 18 gewonnen. Die Frequenz des Oszillators 16 35 Fig. 3 ergibt sich nach Fig. 5 dadurch, daß nach der ist dabei über den Abstand zweier benachbarter Har- an den Schmalbandoszillator 16 angeschlossenen monischer der Normalfrequenz N veränderbar und be- Mischstufe 17 eine Umsetzerstufe 34 mit Filter 35 vorstreicht somit nur ein relativ schmales Frequenzband gesehen ist, die von einer mit der Normalfrequenz N (Schmalbandoszillator). Die durch die Mischung in in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Freder Stufe 17 und nach der Aussiebung im Filter 18 40 quenz N' oder einer ihrer im Verzerrer 36 erzeugten erhaltene Frequenz f_s wird deshalb als »Schmalband- und im Filter 37 ausgesiebten Harmonischen gesteuert frequenz« bezeichnet. wird. Eine gleichartig gesteuerte Umsetzerstufe kann

In der Mischstufe 19 wird die Breitbandfrequenz f_b auch zusätzlich oder allein vor der Mischstufe 17 vormit der Festfrequenz f_f wiederum nach Art eines gesehen sein. Diese Maßnahmen erweisen sich dann Schwebungssenders umgesetzt und nach Aussiebung 45 als vorteilhaft, wenn die Arbeitsfrequenz A' nur einen im Tiefpaß 20 und Verstärkung im Verstärker 21 in relativ schmalen Bereich mit dichter Frequenzfolge der Mischstufe 22 mit der nächstliegenden Harmo- bestreicht. Dann ergeben sich trotzdem für die Ordnischen der Normalfrequenz N verglichen. Die da- nungszahlen der Harmonischen der Normalfrequenz N durch gewonnene Regelspannung R' beeinflußt nach relativ niedrige Werte. Außerdem kann die Frequenz Durchlaufen des Tiefpasses 23 und bei geschlossenem 50 des Oszillators 14 in einen günstigeren Bereich ge-Schalter24 die Steuereinrichtung 25, die auf den Fest- bracht werden.

oszillator 15 im Sinne einer Synchronisierung der aus Ein besonderer Vorteil der Erfindung, wie er sich

dem Verstärker 21 austretenden Hilfsfrequenz f_lt ein- auch aus den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2

wirkt. bis 5 ergibt, besteht darin, daß neben der im stabili-

Nach dem an Hand der Fig. 2 geschilderten Ver- 55 sierten Schaltzustand erzielbaren hohen Genauigkeit fahren ergibt sich die Arbeitsfrequenz A' als Summe der erzeugten Frequenz im unstabilisierten Schaltoder Differenz der Frequenz einer wählbaren Normal- zustand nur durch Veränderung des Breitbandoszillafreqenzharmonischen und der Frequenz des Schmal- tors 14 der vorausgesetzte weite Bereich der Arbeitsbandoszillators 16. Die Arbeitsfrequenz A' ist deshalb frequenz stufenlos einstellbar ist. Damit läßt sich bei nicht nur für die Festwerte der Normalfrequenz- 60 Frequenzmessungen nach dem Interferenzverfahren harmonischen, sondern auch für alle Zwischenwerte die unbekannte Frequenz in ihrer Lage schnell mit stabilisiert und durch Variation des Oszillators 16 ein- einer Genauigkeit auffinden, die eine eindeutige Messteilbar. Eine innerhalb der breits erwähnten Grenzen sung nach Übergang auf den stabilisierten Schaltliegende Unstabilität der Oszillatoren 14 und 15 hat zustand mit der dabei erreichbaren höheren Genauigauf die Genauigkeit der Arbeitsfrequenz Ä keinen 65 keit durchzuführen erlaubt. Für die unstabilisierte Einfluß. Die Unstabilität des Oszillators 16 läßt sich Betriebsweise kann man sich dabei nach den Fig. 3 wegen seines geringen Variationsbereiches klein bis 5 zusätzlich oder an Stelle des Festoszillators 15 halten. Darüber hinaus kann an seiner Stelle auch ein des Zusatz-Festoszillators 15' mit dem zugehörigen normalfrequenzgesteuerter Generator Verwendung Schalter bedienen. In diesem Fall hat der S chmalbandfinden, der bei abgestufter oder stufenloser Veränder- 70 oszillator 16 für den unstabilisierten Zustand keinen

Einfluß auf die Arbeitsfrequenz. Dies gilt in gleicher Weise für die Einschaltung des Zusatz-Festoszillators 15'". Dagegen entspricht die Wirkung eines solchen Oszillators an der Stelle 15" der Wirkung von 15.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Schwingungen einer Frequenz, die in einem weiten Bereich einstellbar ist und als Differenz zweier Schwingungen von unstabiler Frequenz wahlweise unstabilisiert oder durch ein Normalfrequenzspektrum stabilisiert gewonnen wird, bei dem die beiden unstabilen Frequenzen im unstabilisierten Schaltzustand unabhängig voneinander erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Frequenzen im stabilisierten Schaltzustand selbsttätig durch an sich bekannte Nachregelung und/ oder durch Umsetzung der einen Frequenz in einem Abstand gehalten werden, der der Summe oder Differenz aus der Frequenz einer Harmonischen des Normalfrequenzspektrums und einer entweder abgestuft oder stufenlos über den Abstand zweier benachbarter Harmonischen ver- änderbarer Frequenz entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der unstabilen Frequenzen als Breitbandfrequenz (f_b) unmittelbar einem einstellbaren Oszillator (Breitbandoszillator 14) entnommen und die andere unstabile Frequenz als Schmalbandfrequenz (/_s) nach Mischung einer nicht einstellbaren Frequenz (Festfrequenz f_f) mit einem über den Abstand zweier benachbarter Harmonischer veränderbaren weiteren einstellbaren Oszillator (Schmalbandoszillator 16) und Aussiebung der Summen- oder Differenzfrequenz gewonnen wird (Fig. 2 bis 5).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im unstabilisierten Schaltzustand die Schmalbandfrequenz (/_s) als Festfrequenz einem nicht einstellbaren Oszillator (Zusatz-Festoszillator, z. B. 15') entnommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festfrequenz (/>) im unstabilisierten Schaltzustand einem Oszillator (Festoszillator 15) entnommen wird und im stabilisierten Schaltzustand zusätzlich die Differenzfrequenz (f_h) des Breitbandoszillators (14) und des Festoszillators (15) auf die nächstliegende Normalfrequenzharmonische synchronisiert wird, indem durch deren Phasendifferenz die Festfrequenz beeinflußt wird (Fig. 2).

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festfrequenz im unstabilisierten Schaltzustand dem Festoszillator (15) entnommen und im stabilisierten Schaltzustand durch Mischung als Summe oder Differenz der Breitbandfrequenz (f_b) und einer Normalfrequenzharmonischen gewonnen wird (Fig. 3).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor und nach der an den Schmalbandoszillator (16) angeschlossenen Mischstufe (17) je eine Umsetzerstufe (29 bzw. 30) vorgesehen ist, die von einem gemeinsamen Umsetzoszillator (31) gesteuert werden (Fig. 4).

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach und/oder vor der an den Schmalbandoszillator (16) angeschlossenen Mischstufe (17) eine Umsetzerstufe (34) vorgesehen ist, die von einer mit der Normalfrequenz in einem ganzzahligen Verhältnis stehenden Frequenz gesteuert wird (Fig. S).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Schmalbandoszillator, der seinerseits nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 855 572, 838 788, 652;

USA.-Patentschrift Nr. 2344813;

»Fortschritte der Hochfrequenztechnik«, Bd. 2 (1943), S. 242 bis 328;

deutsche Patentanmeldung Sch 10477 VIII a/21 a⁴ (bekanntgemacht am 1. 4.1954).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009 610/191 9.60