DE2933221C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer sich bezüglich der Frequenz zwischen zwei Eckfrequenzen, insbesondere periodisch ändernden Ausgangsspannung - Google Patents

Description

linear kombinierbar sind.

Bekannte Verfahren, nämlich das analoge Wobbeiverfahren und das digitale Wobbeiverfahren mit Synthesizern bieten verschiedene Vorteile und Nachteile. Beim analogen Wobbeiverfahren besteht ein Vorzug darin, daß das Frequenzband mit hoher spektraler Reinheit durchlaufen wird. Beim digitalen Wobbeiverfahren wird dagegen das Frequenzband stufenweise durchlaufen; und durch den Umschaltvorgang entstehen zusätzliche Frequenzspektren, die sich auf dem BiIJ-schirm, insbesondere bei hoher Pegelauflösuiig, störend bemerkbar machen können. Während erfahrungsgemäß beim. analogen Wobbein die Eckfrequenzen über längere Zeit wegdrif tee können und deshalb kontrolliert und gegebenenfalls nachgestellt werden müssen, bietet das digitale Wobbeüverfahren den Vorteil der quarzgenauen Einstellbarkeit der Eckfrequenzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchführung des Wobbeiverfahrens mit hoher spektraler Reinheit zu gewährleisten und gleichzeitig die Eckfrequenzen möglichst genau und zeitstabil festzulegen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Frequenz für die Bezugsspannung von einem Synthesizer festgelegt wird, dem die beiden Eckfrequenzen über eine einstellbare Speichereinrichtung eingegeben sind.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Eckfrequenzen infolge des Einsatzes eines Synthesizers in diesem Teil mit hoher Genauigkeit bereitgestellt werden und sich auch zeitlich nicht ändern. Dagegen erfolgt der Durchlauf im eigentlichen Wobbeivorgang in analoger Weise, so daß keine unerwünschten Störspektren entstehen, welche das Meßergebnis ungünstig beeinflussen können.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der ein Blockschaltbild dargestellt ist Die Ausgangsspannung eines in seiner Frequenz z. B. durch eine Varaktordiode einstellbaren Oszillator Oi wird hier einem Modulator MO zugeführt, und das so erhaltene Sendesignal mit der Frequenz fs wird als Ausgangssignal zum Beispiel eines Wobbeisenders für die Nachrichtenmeßtechmik benutzt Der Modulator MO ist an einen quarzgesteuerten Festoszillator OI angeschlossen, dessen Ausgangsfrequenz mit Ci bezeichnet ist Die Ausgangsspannung des Oszillators Oi mit der Frequenz /1 ist außerdem an eine Frequenz- und Pasenvergleichsschaltung PH angeschlossea Die Vergleichsfrequenz, welche als Bezugsfrequenz der Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung PH dient, ist mit /3 bezeichnet und wird als Ausgangsspannung UB von einem Synthesizer O 3 geliefert Hierzu ist bei dem Synthesizer O 3 ein Startspeicher STA für die Startfrequenz Fa des Wobbeisenders vorgesehen und ein Stopspeicher STO für die Stopfrequenz Fe. Die Frequenzen Fa (S»art) und Fe (Stop) stellen die beiden Eckfrequenzen des Wobbelsenders dar und sind durch entsprechende Programmiereinrichtung (z. B. Tastatur) frei wählbar. Zum Beispiel können hierfür RAM-Speicher verwendet werden, die entsprechend programmierbar sind. Im vorliegenden Beispiel ist zunächst vorausgesetzt, daß Fa die niedrigere und /edie höhere Eckfrequenz darstellt.

Die so eingegebenen Eckfrequenzwerte Fa und Fe werden über einen Umschalter SAS wahlweise einem Einstellspeicher ESP zugeführt, der in der bei Synthesizern übBchen Weise die Frequenzerzeugung in einer entsprechenden nachfolgenden Schaltung FQG veranlaßt und so die Frequenz /3 am Ausgang bereitstellt Die Frequenz /3 ist somit quarzstabil und hochgenau und auf Zeit konstant für die jeweiligen Meßvorgänge erzeugt so daß für die Eckfrequenzen des Wobbeivorganges eine hohe Genauigkeit erreichbar ist

Die Ausgangsspannung US der Vergleichsschaltung PH. welche die Information über die Stellgröße darstellt wird sowohl dem Umschalter SAS als auch weiteren Umschaltern SAI zugeführt In der Schalterstellung 1 liegt der Schaltkontakt des Schalters SAI an einer Hilfs-Spannung t/l, während in der Schalterstellung 2 der Schaltkontakt an Masse gelegt ist Der Ausgang des Schaltkontaktes ist über einen einstellbaren ohmschen Widerstand R mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers OV verbunden, an dessen nichtinvertierenden Eingang eine Spannung z. B.

der Größe —— gelegt ist. Allgemein ausgedrückt muß die Spannung am nichtinvertierenden Eingang ein Teil

der Spannung von U1 also —- sein. Wird ange-

n 2

legt, so ergibt sich ein symmetrischer Wobbelablauf. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers ist eine Überbrückung durch eine Kapazität Chergastellt Dieser Schaltungsteil wirkt als Integrator und gibt an seinem Ausgang die Spannung t/2 ab, welche die eigentliche Stellspannung für die Betätigung des frequenzbestimmenden Teils des durchstimmbaren Oszillators 01 darstellt

Je nachdem, ob Fi > FZ oder Fi < F3 ist, hat die Ausgangsspannung US der Vergleichsschaltung PH verschiedene logische Zustände. Nachfolgend !st angenommen, daß bei Ft < F3 US = logisch 0 und bei /1 > F3 US = logisch 1 ist.

Für den Betrieb des dargestellten Wobbeisenders sind zwei Betriebszustände möglich:

Die Oszillatorfrequenz /1 kann kleiner sein als die vom Synthesizer O 3 abgegebene Referenzfrequeiiz /3, welche im vorliegenden Beispiel (Schalter SAS liegt auf Stopfrequenz Fe) der Stopfrequenz Fe entspricht. Die Signalspannung US liegt auf 0, und der Schalter SAI wird dadurch in die Schalterstellung 2 gebracht Damit wird über den Schalter SAI Masse an den Eingang des Integrators IN gelegt. Die Ausgangsspannung t/2 des Integrators steigt an, wobei die Zeitkonstante T gegeben ist durch T=R-C Die so sich ergebende zunehmende Ausgangsspannung U 2 vergrößert die Ausgangsfrequenz Fi des Oszillators Oi. Um einen völlig zeitlinearen Verlauf von FX zu erhalten, sind in bekannter Weise entsprechende Kompensationsnetzwerke beim Oszillator O 1 vorzusehen. Der Frequenzanstieg von Fi dauert so lange, bis die Frequenz Fi gerade die Synthesizer-Ausgangsfrequenz /3 überschreitet. In diesem Augenblick wird der Phasendifferenzwert Null zwischen Fi und /3 durchlaufe^ und am Ausgang der Vergleichsschaltung PH tritt als Signal die logische 1 auf, welche diesen Durchlauf signalisiert. Durch die Stirnflanke der logischen 1 wird beim Synthesizer die Umschaltung von /3 (von bisher Fe) auf die voreingestellte Startfrequenz Fa vorgenommen, und zwar durch den Umschalter SAS. Weiterhin wird durch die den Durchlauf zwischen /1 und /3 signalisierende Stirnflanke der von der Vergleichsschaltung PH angegebenen logischen 1 der Schalter SAI in die Stellung 1 gebracht. Dadurch läuft der Oszillator 01

jetzt von fe nach fa und damit ist der zweite Betriebszustand erreicht:

Die Oszillatorfrequenz f\ ist größer als die Frequenz der Referenzspannung f3 des Synthesizers O 3. Wie bereits erwähnt, gelangt gleichzeitig mit der Umschaltung des Synthesizers O3 über den Umschalter SA/die Spannung UI an den Eingang des Integrators IN Dadurch beginnt die Ausgangsspannung UI des Integrators abzusinken, und entsprechend verringert sich auch die Frequenz f\ des Oszillators O 1 so lange, bis die Startfrequenz fa durchlaufen wird.

Von der Phasenvergleichsschaltung PH wird beim Durchlaufen von f\ durch /seine logische Null (anstelle der bisherigen logischen 1) als Ausgangsspannung US abgegeben, deren Stirnflanke den Schalter SAl in die Stellung 2 bringt. Damit ist wieder der bereits beschriebene erste Betriebszustand erreicht, weil gleichzeitig der Schalter SAS von fa auf die Stopfrequenz ic umgelegt wird.

Insgesamt verändert sich die Frequenz des variablen Oszillators 01 stetig (analog) innerhalb der am Synthesizer O3 eingestellten Start- und Stopfrequenzen fa und fe. Da die Umschaltzeit an der Vergleichsschaltung PH sehr klein gehalten werden kann, ergeben sich für die Eckfrequenzen fa und fe programmierbare, quarzstabile und von der Wobbeifrequenz praktisch unabhängige Werte. Die Wobbeifrequenz (Zeitkonslante) selbst kann auf einfache Weise mit dem Widerstand

ϊ R innerhalb des Integrators IN in einem weiten Bereich eingestellt werden. Es wäre auch möglich, die Zeitkonstante durch zusätzliche oder alieinige Variation der Kapazität C im Bereich des Integrators zu verändern.

ίο Bei Einsatz von zwei unabhängigen Frequenzgebern zur Einstellung der Eckfrequenzen läßt sich ein sehr schneller Wobbelablauf erreichen, da die Umschaltzeit des Synthesizerbausteins entfällt. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn die beiden Eckfrequenzen fa und fe sehr nahe beieinanderliegen und dadurch die Einschwingzeit bei nur einem Synthesizer gegenüber der Wobbeizeit zu groß wird.

Es ist auch möglich, das aus f\ durch Umsetzen mit fi gewonnene Sendesignal fs (anstelle des direkten Oszillatorsignals f\ von Öl) der Vergleichsschaltung PH zuzuführen und die Eckfrequenzen fa und fe dementsprechend auf die Sendefrequenz /yzu beziehen. Ein derartiges Umsetzen ist an sich bekannt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer sich bezüglich der Frequenz zwischen zwei Eckfrequenzen, insbesondere periodisch, ändernden Ausgangsspannung eines durchstimmbaren Oszillators, bei der die Ausgangsspannung des Oszillators in einer Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung mit einer Bezugsspannung verglichen und die Steuerspannung für den durchstimmbaren Oszillator analog erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (/3) für die Bezugsspannung (UB) von einem Synthesizer (O 3) festgelegt wird, dem die beiden Eckfrequenzen {fa, fe) über eine einstellbare Speichereinrichtung eingegeben sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (SAI) und ein nachgeschaJteter Integrator (IN) vorhanden sind, daß bei einer zunächst zu niedrigen Ausgangsfrequenz (/"I) des durchstimmbaren Oszillators (Öl) eine Hilfsspannung (Ui) zum Aufladen des zeitbestimmenden Elementes (C, R) des Integrators angelegt wird und daß die Steuerspannung (i/2) den Oszillator (01) bis zum Erreichen der gewünschten Eckfrequenz durchstimmt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Integrator einen Differenzverstärker aufweist, dem eine aus der Hilfsspannung (i/l) hergeleitete, den n-ten Teil dieser Hilfsspannung darstellende Bezugsspannung zugeführt ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Bezugsspannung gleich der Hälfte f — J der Hilfsspannung gewählt ist

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator in mindestens einem seiner die Zeitkonstante bestimmenden Elemente (R, C) einstellbar ausgebildet ist

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß dem Synthesizer ein Umschalter (SAS) zugeordnet ist, der wahlweise einen von zwei einstellbaren Speichern (STA, STO) für die beiden Eckfrequenzen (fa, fe) an die frequenzerzeugende Schaltung (ESP, FQC) durchschaltet

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung (PH) ein Signal (US) anliegt das je nachdem, ob die Oszillatorfrequenz (/1) oberhalb oder unterhalb der Frequenz (/3) der Bezugsspannung (UB) liegt, einen von zwei möglichen logischen Zuständen aufweist und die Steuerung des Synthesizers (O3) und einer Nachstimmschaltung (SAI, IN) vornimmt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unabhängige Synthesizer vorgesehen sind, von denen einer nur die eine (z. B. fa) und der andere nur die zweite Eckfrequenz (z. B. fe) einstellt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Ausgangsspannung des durchstimmbaren Oszillators (01) ein daraus durch Umsetzungen MO) mit einer Überlagerühgsfrequenz (/2) gewonnenes Signal (fs) der Vergleichsschaltung (PH) zugeführt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer sich bezüglich der Frequenz zwischen zwei Eckfrequenzen, insbesondere periodisch, ändernden Ausgangsspannung eines durchstimmbaren Oszillators, bei der die Ausgangsspannung des Oszillators in einer Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung mit einer Bezugsspannung verglichen und die Steutrspannung für den durchstimmbaren Oszillator analog erzeugt wird.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist aus der US-PS 38 72406 bekannt Die Frequenz für die Bezugsspannung wird dabei von einem Quarzoszillator bestimmt

Aus der Finnendruckschrift »Bits«, Kunden-Information von Wandel und Goltermann, Nr. 1/75 ist ein Wobbelmeßpiatz bekannt bei dem räumlich getrennte Sender und Empfänger vorgesehen sind. Dabei wird das Synchronisierproblem durch digitale Frequenzsteuerung des auf der Sende- und Empfangsseite vorhandenen Oszillators gelöst Dieser Oszillator arbeitet nach dem Prinzip eines Frequenzsynthesizers mit einer Genauigkeit von ca. t - ΙΟ-⁷. Die Frequenz kann über BCD-codierte Steuereingänge in 1-Hz-Schritten im gesamten Meßfrequenzbereich von 1OkHz bis 100 MHz verstellt werden. Bei Wobbeimessungen liefert ein Steuergerät die notwendige Steuerinformation zur Frequenzverstellung.

Aus der DE-AS 19 64 249 ist eine Anordnung zur kontinuierlichen Frequenzmodulation eines Generators bekannt, dessen Ausgangsfrequenz aus einer Mehrzahl von Einzelfrequenzen durch Summen-Differenzbildung, Multiplikation und/oder Teilung numerisch zusammensetzbar und in Frequenzschritten gegebenenfalls unterschiedlicher Wertigkeit veränderbar ist. Dabei wird zur Erzielung einer schrittweisen Frequenzänderung von Umschalt- bzw. Auswahlvorgängen Gebrauch gemacht die über Steuereingänge auslösbar sind. Hierzu ist ein Impulszähler vorgesehen, der über seine nacheinander markierten Ausgänge entsprechende Steuereingänge des Generators durch Schrittbefehle beeinflußt Die über die Schrittbefehle ausgelöste Folge von Umschaltbzw. Auswahlvorgängen ruft eine Fo.'ge von Frequenzschritten hervor, die unter Berücksichtigung des gegenseitigen zeitlichen Abstandes der vorgegebenen Zählimpulse so klein bemessen sind, daß eine weitgehende Kontinuität der Frequenzmodulation gewährleistet ist Erreicht wird dies dadurch, daß die Zählfrequenz so hoch gewählt wird, daß die Ausgangsfrequen/ nahezu stetig moduliert wird. Wird nämlich eine gewisse Mindestfrequenz unterschritten, so entstehen schrittweise Frequenzänderungen, die unerwünschte Unstetigkeitsstellen in der Zeitfunktion mit sich bringen. Es ist somit notwendig, hinsichtlich der Zählfrequenz und der Zähleinrichtungen entsprechend feine Unterteilungen vorzusehen, was einen gewissen Aufwand bedeutet.

Das Prinzip der analogen Einstellung der Eckfrequenzen bei einem Wobbeloszillator ist aus der DE-OS 20 13 474 bekannt, wobei zwei Potentiometer vorgesehen sind, denen eine die Zeitfunktion programmierende Spannung zuführbar ist. Durch eine feste Zuordnung der Extremwerte der programmierenden Spannung zu den Potentiometern und durch die Einschaltung jedes derselben in einen eigenen Stromkreis wird erreicht, daß die am Potentiometer resultierende Klemmenspannung beim Auftreten des zugehörigen Extremwertes wenigstens annähernd zu Null wird. Weiterhin ist eine Schaltung vorgesehen, in der die an den Potentiometern abgreifbaren Teilspannungen zur Ausgangsspannung