DE2329381A1

DE2329381A1 - Schwingungsgenerator

Info

Publication number: DE2329381A1
Application number: DE2329381A
Authority: DE
Inventors: Christopher Dawe; John David Middleton
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1974-01-24
Also published as: US3852682A; GB1374638A

Description

Marconi Instruments Limited

Marconi House, New Street Chelmsford, Essex, CML 1 PL

Ulm (Donau), 7. Juni 1973 PT-UL/Schz/deu

UL 73/46

" Schwingungsgenerator ⁿ

Die Erfindung betrifft Schwingungsgeneratoren derjenigen Art, bei denen ein durch eine Spannung abstimmbarer Oszillator veranlaßt wird, sich automatisch auf die Summe oder Differenz aus einer Bezugsfrequenz und einer variablen sogenannten Ablagefrequenz einzustellen, letztere kleiner als die Bezugsfrequenz ist» Dies geschieht durch Vergleich der Oszillatorfrequenz mit der Bezugsfrequenz in einem ersten Phasenkomparator, durch an« schließenden Vergleich des Vergleichsergebnisses dieses ersten

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Phasenkomparators mit der variablen Alagefrequenz in einem zweiten Phasenkomparator und schließlich durch Auswertung des Vergleichsergebnisses des zweiten Phasenkomparators dahingehend, daß der durch eine Spannung abstimmbare Oszillator veranlaßt wird, seine Frequenz zu ändern, bis er in eine vorgegebene Phasenbeziehung mit der vorerwähnten Summen- oder Differenzfrequenz eintritt.

Derartige Schwingungsgeneratoren finden weit verbreitet praktische Anwendung, insbesondere in Geräten zur Prüfung und Messung von Radiogeräten, elektronischen Hochfrequenz-Übertragungs· geräten und ahnlichen Apparaten.

Figur 1 zeigt das Blockschaltbild eines typischen Schwingungsgenerators der vorerwähnten Art.

Bei der Beschreibung aller Figuren, also auch der Figuren 2 und 3* die der näheren Erläuterung der Erfindung dienen, sind typische praktische Frequenzen in ihrer Größe angegeben; diese Angaben dienen jedoch nur der Beispielsbeschreibung ,ohne die Erfindung auf diese Frequenzwerte zu beschränken.

In Figur 1 stellt der Block 1 einen durch eine Spannung ab-

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stimmbaren Oszillator dar, der üblicherweise einen Oszillator mit einem Abstimmelement in Form einer zu seinem frequenzbestimmenden Kreis gehörenden Varactordiode einschließt. Die Ausgangsschwingungen dieses Oszillators stellen die Ausgangsschwingungen des gezeigten Schwingungsgenerators dar und sind an einem Ausgangsanschluß 2 abnehmbar; sie werden gleichzeitig auf einen Phasendedetektor oder Phasenkomparator 3 Als ein Eingangssignal geführt. Das zweite Eingangssignal dieses Phasendetektors oder Phasenkomparators 3 ist eine Bezugsfrequenz, die im vorliegenden Beispielsfall 100 MHz betragt und die an einem Bezugsfrequenzanschluß 4 von einem nicht gezeigten Bezugsfrequenz-Oszillator, der üblicherweise ein Kristalloszillator ist, eingespeist wird. Das Vergleichsergebnis des Phasendetektors 3 wird über ein Bandpaßfilter 5t ^{das im} vorliegenden Beispielsfall einen Durchlaßbereich zwischen 1 und 2 MIz aufweist, dem einen Eingang eines zweiten Phasenkomparators 6 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit einer variablen Ablagefrequenz beaufschlagt wird. Im vorliegenden Beispielsfall ist diese Ablagefrequenz über einen Frequenzbereich von 1 bis 2 MHz variierbar; sie wird am Ablagefrequenzanschluß 7 von einem nicht gezeigten variablen Oszillator eingespeist. Das Vergleichsergebnis des Komparators 6 wird über ein Tiefpaßfilter 8 einem Verstärker 9 zugeführt. Im vorliegenden Beispielsfall läßt

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das Tiefpaßfilter 8 Frequenzen unter 100 kHz passieren. An den Ausgang des Verstärkers 8 ist ein Suchoszillator 10 angeschlossen, der beispielsweise bei 10 Hz operiert

und der den abstimmbaren Oszillator 1 seine Frequenz solange zu ändern veranlaßt, bis er in der Phase bei der Summe oder Differenz aus der Bezugsfrequenz und der Ablagefrequenz einrastet·

Der bekannte Generator nach Figur 1 ist befriedigend, sofern, der gegenseitige Abstand der Summen- und Differenzfrequenzen groß im Vergleich zur Drift und den Toleranzen des abstimmbaren Oszillators 1 ist. Sofern diese Voraussetzung nicht erfüllt istγ ergeben sich allerdings Mehrdeutigkeiten beim Einrasten, das bei der Summen- oder Differenzfrequenz geschieht, und jeder Frequenzbereich (98 bis 99 oder 101 bis 102 MHz) kann nach Maßgabe zufälliger Schalt- oder Einschwingvorgänge erzeugt werden, die den abstimmbaren Oszillator 1 veranlassen, sich der Einrastfrequenz von oben oder unten zu nähern. Hierin liegt ein ernsthafter Nahteil, und es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Schwingungsgenerator der in Figur 1 gezeigten Art diese Unsicherheit zu venmLden.

Gemäß der Erfindung enthält ein Schwingungsgenerator einen durch eine Spannung abstimmbaren Oszillator, weiterhin erste

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Phasenvergleichsmittel zum Vergleich der durch den Oszillator erzeugten Frequenz mit einer Bezugsfrequenz, ferner zweite Phasenvergleichsmittel zum Vergleich des Vergleichsergebnisses der ersten Phasenvergleichsmittel mit einer relativ niedrigen Ablagefrequenz und schließlich Mittel zur Änderung der Abstimmung des abstimmbaren Oszillators, um ihn zu veranlassen, auf eine Frequenz einzurasten, die gleich der Summe oder der Differenz - welche dieser beiden Größen auch immer die gewünschte Ausgangsfrequenz des Schwingungsgenerators sein mag - aus der Bezugsfrequenz und der Ablagefrequenz ist, wobei die letzterwähnten Mittel zur Veränderung der Oszillatorabstimmung Mittel einschließen, die die Veränderung der Oszillatorabstimmung zeitlich solange fortsetzen, bis die Phasen einerseits des Vergleichsergebnisses der ersten Phasenvergleichsmittel und andererseits der Ablagefrequenz in vorgegebenem Sinne aufeinander senkrecht stehen.

Ein Schwingungsgenerator gemäß der Erfindung kann einen durch

eine Spannung abstimmbaren Oszillator enthalten, ferner einen

mit

ersten Phasenkomparator, der die Oszillatorfrequenz/einer Bezugsfrequenz vergleicht, weiterhin einen zweiten Phasenkomparator, der das Vergleichsergebnis des ersten Komparators mit einer Ablagefrequenz vergleicht« und schließlich einen dritten

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Phasenkomparator, der zwei Eingangskanäle besitzt, von denen der eine von dem ersten Phasenkomparator und der andere mit der Ablagefrequenz gespeist wird, wobei der eine Eingangskanal gegenüber dem anderen eine Phasenverschiebung von 90

und hervorruft, endlich einen Wobbel- oder Suchoszillator/darüber hinaus Mittel zum Stoppen des Wobbel- oder Suchvorganges des Vobbel- oder.SuchOszillators, sofern - und nur dann - das

Vergleicheergebnis des dritten Phasenkomparators ein vorge-

und

gebenes Vorzeichen aufweist,/noch darüberhinaus Mittel (Kombinationsmittel), die die Ausgangssignale des Vobbel- oder Suchoszillators mit Ausgangssignalen kombinieren, die von dem zweiten Phasenkomparator abgeleitet sind, und letztlich Mittel zur Auswertung der Ausgangssignale der Kombinationsmittel,um die Abstimmung des durch eine Spannung abstimmbaren Oszillator zu steuern·

Es ist besonders zweckmäßig, einen 90°-Phasenschieber in den Eingangskanäl einzufügen, durch den die Ablagefrequenz dem dritten Phasenkomparator zugeführt wird.

Vorzugsweise wird eine Schwellwertschaltung in einem Kanal zwischem dem dritten Phasenkomparator und dem Vobbel- oder Suchoszillator eingefügt, um die Weiterleitung von Signalen

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mit einer geringeren als der vorgegebenen Schwellwertamplitude zu verhindern.

In dem Pfade zwischen dem ersten und dem zweiten Phasenkomparator wird vorzugsweise ein Bandpaßfilter eingeschaltet, während vorteilhafterweise in den Pfaden zwischen dem zweiten Phasenkomparator und den Kombinationsmitteln einerseits und zwischen dem dritten Phasenkomparator und dem Vobbel- oder Suchoszillator andererseits Tiefpaßfilter eingefügt werden.

Figur 2 dient der Erläuterung von zwei Ausführungsformen der Erfindung. Hinsichtlich der einen dieser beiden Ausführungsformen sollte Figur 2 so betrachtet werden, als wäre der gestrichelt gezeichnete Block nicht vorhanden und wären die Blöcke 13 und 10 unmittelbar miteinander verbunden. Hinsichtlich der anderen dieser zwei Ausführungsformen sollte die Figur 2 so gewertet werden wie sie gezeichnet ist, nämlich mit eingefügtem Block 15* Die erstgenannte Ausführungsform (nämlich mit fehlendem Block 15) wird zunächst beschrieben.

Die Bezugszeichen 1 bis 9 einschließlich beziehen sich auf die in Figur 1 gleichnumerierten Bausteine. In Figur 2 sind die zwei Eingänge des Phasenkomparators 6 mit Vl und V2 be-

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zeichnet. Vl ist der Eingang für die Ablagefrequenz vom Anschluß 7, -während V2 der Eingang vom Komparator 3 nach Filtrierung mittels des Filters 5 ist. Wie ersichtlich, stehen die Phasen der Signale an den Eingängen Vl und V2 im phaseneingerasteten Zustand aufeinander senkrecht, wobei Vl bezüglich V2 vor-oder nacheilt, und zirar in Abhängigkeit davon, ob die Rückkopplungsschleife auf die Summen- oder Differenzfrequenz eingerastet ist, Falls eines dieser Signale einer weiteren Phasenverschiebung um 90 unterworfen wird, ergibt sich eine Gegenphasigkeit. Im in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird Vl mittels eines Phasenschiebers 11 um 90 in der Phase gedreht, wodurch ein Ausgangssignal, das mit V3 bezeichnet ist, erzeugt wird, das im phaseneingerasteten Zustand gleichphasig oder gegenphasig zu V2 ist. Die Signale V2 und V3 werden je einem Eingang eines weiteren Phasenkomparators 12 zugeführt, dessen Ausgangssignal mittels eines Tiefpaßfilters 13 gefiltert wird. Offensichtlich ist das mit Vk bezeichnete Ausgangssignal des Filters 13 mit einem bestimmten Vorzeichen behaftet, sofern die Phaseneinrastung auf di· Summenfrequenz durchgeführt ist, und von entgegengesetztem Vorzeichen, sofern die Phaseneinrastung auf die Differenzfrequenz erfolgt« Daher kann,sofern die Summenfrequenz erwünscht ist, das gefilterte Ausgangssignal des Tiefpasses 13 positiv gemacht

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werden, in welchem Fall dieses besagte Ausgangssignal des Filters 13 negativ ist, sofern die Phaseneinrastung auf die Differenzfrequenz auftritt. Die Ausgangssignale des Filters 13 werden benutzt,um den Vobbel- oder Suchoszillator 10 zu steuern.

In Figur 2 ist der Oszillator 10 nicht wie in Figur 1 mit dem Verstarker 9 verbunden, sondern - sofern man im Augenblick die gestrichelt dargestellte Schaltung 15 außer Acht läßt - mit dem Ausgang des Filters 13; auch werden die Ausgänge des Oszillators 10 und des Verstärkers 9 in einer Summierschaltung lk kombiniert, deren Ausgangssignal die Abstimmung des abstimmbar en Oszillators 1 steuert«

Venn ein Schwingungsgenerator nach Figur 2 eingeschaltet wird, kann der Oszillator 10 den abstimmbaren Oszillator 1 veranlassen, zunächst auf die ungewünschte Frequenz (im angenommenen Beispielsfall auf die Differenzfrequenz) hinzulaufen und dadurch zu bewirken, daß das Ausgangssignal V4 des Filters 13 negativ ist, Die Anordnung ist derart getroffen, daß in diesem Fall, in dem V4 negativ ist, der Oszillator 10 den Vobbel- oder Suchvorgang fortsetzt und das Ungleichgewicht der Schaltungsschleife aufrechterhält, weil das Signal, das er der Summierschaltung lk zuführt, bis zum Erreichen des Halte-Frequenzbereiches über-

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schritten wird und die Phaseneinrastung verloren wird. Evtl. bewirkt der Oszillator 10 bei der Fortsetzung des Suchvorganges, daß der Oszillator 1 auf die gewünschte, d. h. im angenommenen Beispielsfall auf die Sumrnenfrequenz einrastet. In diesem Fall ist V4 positiv. Die Anordnung ist derart getroffen, daß bei positivem Vk der Wobbel- oder Suchoszillator 10 den Suchvorgang stoppt, so daß der Oszillator 1 auf die gewünschte Frequenz eingerastet bleibt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die sicherstellen, daß der abstimmbare Oszillator nicht bei einer unerwünschten Frequenz, die eine Harmonische von Vl oder V2 oder von beiden ist, einrastet.

Figur 3 ist ein Spektraldiagramm, das die theoretisch möglichen Einraststellen für den Fall zeigt, in welchem die Frequenzen, die in Verbindung mit Figur 1 angegebenen Größe besitzen, wobei die Bezugsfrequenz zu 100 MHz angenommen und die Ablagefrequenz zu 2 MHz gewählt ist.

Wie aus Figur 3 ersichtlich, gibt es viele mögliche Einrastfrequenzen bei Harmonischen von Vl oder V2; jedoch sind diese möglichen Einrastfrequenzen in der Praxis mindestens 10 dB kleiner als die Einrastpositionen,die auf die Grundfrequenzen zurückgehen. Dementsprechend kann durch eine Schwellwertschaltung

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für Vk sichergestellt werden, daß der Wobbel- oder Suchoszillator 10 nur durch positive Werte von V4 gestoppt wird, die einen Schwellwert überschreiten. Eine derartige Schwellwertschaltung ist in Figur 2 durch die gestrichelt gezeichnete Schaltung 15 wiedergegeben. Unterstellt man das vorerwähnte Beispiel von 10 dB, könnte Vk - um praktische Werte zu geben - für das gewünschte Signal .+ IV besitzen, für die zweite Harmonische + 0,32 V, für die dritte Harmonische + 0,1 V und noch niedrigere Werte für höhere Harmonische. In einem derartigen Fall könnte vermieden werden, daß falsche Phaseneinrastungen auf Harmonische erfolgen, indem lediglich die Schwellwertschaltung 15 derart eingestellt wird, daß sie nur Signale passieren läßt, die + 0,5 V überschreiten.

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Claims

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Patentansprüche

I.) Schwingungsgenerator, der einen durch eine Spannung abstimmbaren Oszillator, weiterhin erste Phasenvergleichsmittel zum Vergleich der vom Schwingungsgenerator erzeugten Frequenz mit einer Bezugsfrequenz, ferner zweite Phasenvergleichsmittel zum Vergleich des Vergleichsergebnisses (d. h. der Ausgangsfrequenz) der ersten Phasenvergleichsmittel mit einer relativ niedrigen Ablagefrequenz und schließlich Mittel enthält, die die Abstimmung des durch eine Spannung abstimmbaren Oszillator verändern, um den Oszillator zu veranlassen, auf eine Frequenz einzurasten, die gleich der Summe oder der Differenz - welche dieser beiden Größen auch immer die gewünschte Ausgangsfrequenz des Schwingungsgenerators ist aus der Bezugsfrequenz und der Ablagefrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verändern der Oszillatorabstimmung Mittel enthalten, die bewirken, daß die Abstimmungsveränderung des Oszillators zeitlich so lange fortgesetzt wird, bis die Phasen einerseits des Vergleichsergebnisses der ersten Phasenvergleichsmittel und andererseits der Ablagefrequenz in vorgegebenem Sinn aufeinander senkrecht stehen.

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2. Schwingungsgenerator, der einen durch eine Spannung abstimmbaren Oszillator, weiterhin einen ersten Phasenkomparator zum Vergleich der Oszillatorfrequenz mit einer Bezugsfrequenz, und schließlich einen zweiten Phasenkomparator zum Vergleich des Vergleichsergebnisses (d. h. der Ausgangsfrequenz) des ersten Phasenkomparators mit einer Ablagefrequenz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Phasenkomparator mit zwei Eingangskanälen vorgesehen ist, deren einer von dem ersten Phasenkomparator und deren anderer mit der Ablagefrequenz gespeist wird, wobei sich die Phasengänge der beiden Eingangskanäle um 90 voneinander unterscheiden, daß ein Wobbel- oder Suchoszillator vorgesehen ist, daß Mittel zum Stoppen des Wobbel- oder Suchvorganges des Vobbel- oder Suchoszillators vorgesehen sind, sofern - und nur dann- das Vergleichsergebnis des dritten Phasenkomparators ein vorgegebenes Vorzeichen aufweist, daß Mittel (Kombinationsmittel) vorgesehen sind, die die Ausgangssignale des Vobbel- oder Suchoszillators mit denjenigen des zweiten Phasenkomparators kombinieren, und daß Auswertemittel für die Ausgangssignale der Kombinationsmittel vorgesehen sind, um die Abstimmung des durch eine Spannung abstimmbaren Oszillator zu steuern.

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3. Schwingungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Eingangskanal, durch den dem dritten Phasenkomparator die Ablagefrequenz zugeführt wird, ein 90 -Phasenschieber vorgesehen ist.
4. Schwingungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kanal zwischen dem dritten Phasenkomparator und dem Wobbel- oder Suchoszillator eine Schwellwertschaltung eingefügt ist, die die Weiterleitung von Signalen mit einer kleineren als einer vorgegebenen Schwellwertamplitude verhindert.
5. Schwingungsgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Pfad zwischen dem ersten und dem zweiten Phasenkomparator ein Bandpaßfilter eingefügt ist und daß Tiefpaßfilter eingefügt sind einerseits zwischen dem zweiten Phasenkomparator und den Kombinationszaitteln und andererseits zwischen dem dritten Phasenkomparator und dem Vobbel- oder Suchoszillator.

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