NO119159B - - Google Patents

Description

Koblingsanordning for automatisk frekvensstabilisering av en hoyfrekvensoscil-lator i forhold til en styresvingningsfrekvens.

Oppfinnelsen angår en koblingsanordning for automatisk frekvensstabilisering

av en høyfrekvensoscillator i forhold til en

styresvingningsfrekvens, ved hjelp av en

med høyfrekvensoscillatoren koblet og av

en styrespenning styrbar frekvensregulator, idet anordningen har en styrespen-ningsgenerator med et som fasediskriminator arbeidende blandetrinn som styres

av en med styrespenningen synkron puls

og en spenning som tas fra høyfrekvens-oscillatoren, idet der fra fasediskriminatorens utgangskrets tas ut en styrespenning som over et lavpassfilter styrer frekvensregulatoren for å stabilisere høy-frekvensoscillatorens frekvens i forhold

til en høyere harmonisk av pulsrepitisjonsfrekvensen.

Slike anordninger er f. eks. kjent fra

britiske patentskrifter 640 351 og 679 767.

Dimensjoneringen av et i styrespen-ningskretsen for en slik AFC-krets liggende

lavpassfilter er alltid gjenstand for særlig

oppmerksomhet. Det skal svekke sterkt

styrefrekvensen og harmoniske, da disse

ved utilstrekkelig svekning styrer frekvensregulatoren og frekvensmodulerer høy-frekvensoscillatorens utgangsspenning slik

at de ved frekvensmodulasjon normale

sidebåndsfrekvenser opptrer. For øvrig

skal lavpassfilteret i styrespenningskret-sen ha et størst mulig gjennomslipnings-område da svevningsfrekvensen mellom en

oversvingning av styrefrekvensen og frekvensen av høyfrekvensoscillatoren ved

manglende stabilisering må slippe gjennom

inntil den såkalte «innfanging» opptrer ved

frekvensmodulasjon av høyfrekvensoscilla-toren. Hvis den nevnte svevningsfrekvens bare slippes gjennom når den er svært lav, så innskrenkes som følge derav innfangningsområdet for AFC-kretsen d. v. s. den maksimalt regulerbare frekvens-differens ut fra høyfrekvensoscillatorens ustabili-serte tilstand, på uønsket måte, nemlig meget mindre enn det såkalte «holderom-rådet», d. v. s. frekvensregulatorens maksimale reguleringsområde.

Likeledes stilles der høye krav til styrespenningsfilterets fasekarakteristikk. AFC-kretsen kan bli ustabil allerede når fasedreiningen i filteret bare er 90°, i motsetning til det kjente «Nyquist-kriterium» på 180° ved normal motkobling.

De fordringer som stilles til filtret og som ovenfor bare er antydet ganske kort, er utførlig beskrevet i 7de avsnitt i en artikkel av J. Bruysten og andre, offentlig-gjort i Communication News, XIII. Nr. 1 februar 1953.

Ved mange kjente AFC-kretser av den innledningsvis nevnte type anvendes for økning av innfangningsområdet en søke-spenningsgenerator som forårsaker en langsom frekvensmodulasjon av høyfre-kvensoscillatoren til automatisk innfang-ning og stabilisering av høyfrekvensoscilla-toren i forhold til en høyere harmonisk av styrespenningen opptrer. Bruken av en søkespenningsgenerator innfører imidlertid ofte en temmelig innviklet koblingsanordning.

Ofte stilles der særlige fordringer til sløyfekretsens modulasjonskarakteristikk i forbindelse med stabilisering av høyfre-kvensoscillatoren f. eks. en frekvensmodu-lert styresvingning. I et slikt tilfelle skal modulasjonskarakteristikken forløpe flatt, d. v. s. at sløyfekretsens reaksjonsfølsomhet for modulasjonsfrekvensens spenning in-nenfor modulasjonsfrekvensens område i det vesentlige skal være konstant. I prak-sis er dette ofte vanskelig å gjennomføre og modulasjonskarakteristikken har van-ligvis ved en forholdsvis lav frekvens, f. eks. 8 til 10 herz, en utpreget kamformet spiss.

I andre kretser av nevnte type, særlig sløyfekretser hvor høyfrekvensoscillatoren stabiliseres i forhold til i det minste to styresvingninger, slik som f. eks. beskrevet i britisk patentskrift nr. 724 942 hvor styre-svingningen tilføres to i sløyfekretsen etter hverandre følgende blandetrinn, bereder undertrykningen av uønskede blandeprodukter særlig vanskeligheter. Slike uønskede blandeprodukter forårsaker imidlertid over frekvensregulatoren en parasittfrekvensmodulasjon av høyfrekvensoscillator-ens signal, hvilket er uønsket.

Oppfinnelsen angår en forbedring av anordninger av den innledningsvis nevnte type for å overvinne en eller flere av de nevnte ulemper.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved at den til fasediskriminatorens inngang sluttede styrespenningskrets har en fasemodulator som styres av en tilbakekoblingsspenning som tas fra fasediskriminatorens utgang.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen

. skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser et blokkskjema for en kjent anordning med en oscillator som er stabilisert på en harmonisk oversvingning av pulsen. Fig. 2 viser et blokkskjema av en lig-nende anordning men tilsvarende oppfinnelsen. Fig. 3 viser en detalj av koblingsanord-ningen i fig. 2 i form av en fasemodulator. Fig. 4 viser spenning- tidskurver til forklaring av virkemåten for anordningen ifølge oppfinnelsen tilsvarende fig. 2 og 3. Fig. 5 viser et blokkskjema for en anordning ifølge oppfinnelsen, hvor en oscillator er stabilisert i forhold til to styresvingninger.

I den kjente anordning ifølge fig. 1 er 1 en krystallstyrt oscillator som leverer en

utgangsspenning med konstant frekvens. Denne spenning synkroniserer en pulsgiver 2 som leverer kortvarige pulser med lik avstand, f. eks. 1/100 periode av den

sinusformede spenning fra krystalloscillatoren 1. Den oscillator som skal frekvens-stabiliseres er betegnet med 3. Den sinusformede utgangsspenning tilføres et blandetrinn 4 som virker som fasediskriminator, og sammenlignes med de skarpe pulser som stammer fra pulsgiveren 2. Blandetrinnet 4 er normalt sperret og frigis kortvarig av

de tilførte skarpe pulser. I dette blande-trinns utgangskrets opptrer pulser med en amplitude som er avhengig av øyeblikks-verdien av den fra oscillatoren 3 stammen-de sinusformede spenning og tidspunktet for pulsenes opptreden, med andre ord er utgangspulsens amplitude avhengig av faseforholdet mellom den sinusformede spenning fra oscillatoren 3 og pulsene fra pulsgiveren 2. Blandetrinnet 4 som kan være utformet som en toppdetektor, leverer altså en utgangsspenning som etter gjennomgang av lavpassfilteret 6 er egnet for styring av en styrereaktans 5, f. eks. et reaktansrør, som er koblet med oscillatoren 3.

Ved stabilisering av oscillatoren 3 for en harmonisk oversvingning av repitisjons-frekvensen for de pulser som stammer fra pulsgiveren 2, består der et fast faseforhold mellom den sinusformede spenning fra oscillatoren 3 og pulsen. Den styrespenning. som tilføres styrereaktansen er en likespenning.

Så snart frekvensen av oscillatoren 3 har en tendens til å endre seg fører dette til en endring av ovenfor nevnte faseforhold og derved en endring av styrespenningen som tas ut fra fasediskriminatorens 4 utgang. Ved egnet poling av styrekretsen vil den tilførte styrespenningsendring for-hindre en videre endring av oscillatorens 3 frekvens.

Som bekjent er det ved hjelp av en anordning ifølge fig. 1 mulig å stabilisere oscillatorens 3 frekvens på forskjellige harmoniske oversvingninger og sogar en svært høy harmonisk oversvingning av pulsrepetisjonsfrekvensen. Et valg av den ønskede harmoniske oversvingning av pulsrepetisjonsfrekvensen treffes ved en be-gynnende innstilling av oscillatoren 3 på tilnærmet den ønskede frekvens.

Ved manglende stabilisering av oscillatoren 3 på en harmonisk oversvingning av pulsrepitisjonsfrekvensen, avviker virkemåten for fasediskriminatoren 4 fra det ovenfor beskrevne, slik som det er forklart i forbindelse med fig. 4.

I fig. 4 A angir kurven a en sinusformet utgangsspenning fra krystalloscillatoren 1. I pulsgiveren 2 opptrer en begrens-ning av denne spenning, f. eks. til et O-nivå, og der oppstår positive pulser p til tider med nøyaktig lik avstand t0, t,, t2 o. s. v. Dessuten opptrer negative pulser som ikke benyttes og som derfor ikke skal omtales nærmere. I fasediskriminatoren 4 blir tilsvarende fig. 4b, pulsene p overlagret en sinusformet spenning b som stammer fra oscillatoren 3 som skal stabiliseres. Så lenge denne oscillator ikke er blitt synkronisert, har pulsene p og spenningen b et foranderlig faseforhold. Topp-likeretningen av de i fig. 4b viste overlag-rede spenninger, leverer en sinusformet utgangsspenning c som over lavpassfilteret tilføres et reaktansrør 5.1 overenstemmelse med sin frekvens blir denne utgangsspenning mer eller mindre svekket av lavpassfilteret 6. For å opnå synkronisering skal i det tilfelle som er vist i fig. 4b, frekvensen av oscillatoren 3 økes. Når reaksansrøret 5 forårsaker en frekvensøkning ved voksen-de styrespenning c, kan der bare oppnåes synkronisering i løpet av den stigende flanke for kurven c og bare når frekvensen av styrespenningen c ikke er for høy, da lavpassfilteret 6 ellers forårsaker en for stor svekning.

Som det tydelig fremgår av fig. 4b opptrer maksimal- og minimalverdiene for diskriminatorens 4 utgangsspennings, ved en faseforskyvning av pulsene på ± — - i forhold til en null-gjennom-gang for den sinusformede spenning b, d. v. s. når en puls faller sammen med et minimum eller maksimum på kurven c.

Mellom to etter hverandre følgende pulser opptrer imdlertid n-perioder av svingningen b, når n er ordenstallet for pulsrepitis j onsf rek vensens harmoniske oversvingning som oscillatoren 3 da skal stabiliseres i forhold til. Dette ordenstall er i alminnelighet temmelig høyt og ligger f. eks. mellom 10 og 100.

Ved en enkelt periode av svingningen b forårsakes således en faseendring på ~

med en reguleringsspenning fra maksimal-til minimalverdi.

Den tanke som ligger til grunn for oppfinnelsen er innføringen av en forbigående økning av den sist nevnte faseforskjell idet pulsenes fase moduleres proporsjonalt med diskriminatorens utgangsspenning og på sådan måte at pulsenes fase i det minste i kort tid følger fasen for den sinusformede spenning fra oscillatoren 3.

I den hensikt kompleteres den kjente anordning ifølge fig. 1 tilsvarende oppfinnelsen slik som vist i fig. 2. I fig. 2 er be-nyttet samme henvisningstall som for tilsvarende deler i fig. 1.

Til forskjell fra den i fig. 1 viste anordning, er ved anordningen ifølge fig. 2 an-ordnet en fasemodulator 7 mellom krystalloscillatoren 1 og pulsgiveren. Denne fasemodulator 7 styres av en utgangsspenning som tas fra fasediskriminatoren 4. Silk som det skal forklares i forbindelse med fig. 3, kan pulsgiveren 2 og fasemodulatoren 7 forenes i et enkelt rørtrinn.

Virkningen av fasemodulatoren skal forklares nærmere under henvisning til fi-gurene 4c og 4e.

I løpet av den stigende flanke av kurven c opptrer nå (konferer fig. 4c) ikke lenger pulser til tidspunktene tn, t1( t2 osv. men til tidspunktene t'0, tT, t'2 osv., idet tidspunktet t'(, er forsinket i forhold til tidspunktet t() og t\, kommer tidligere enn t2. Som følge derav er tidsintervallet mellom pulse<n>e <p>'„, p',, p'2 osv. mindre enn mellom pulsene p0, p,, p2 osv. Dette betyr at pulsenes repetisjonsfrekvens er øket i kort tid. Som følge derav leverer fasediskriminatoren 4 på grunn av tilbakekobling ikke lenger en kontinuerlig kurve tilsvarende kurven c i fig. 4b og 4c, men en langsom økende spenning c' som vist i fig. 4 d.

I motsetning til hva som skjer i løpet av den stigende flanke av kurven c, vil i løpet av den fallende flanke avstanden mellom etter hverandre følgende pulser øke eller pulsrepitisjonsfrekvensen blir til tider minsket, slik at fasediskriminatorens 4 utgangsspenning avtar i raskere grad.

Den ovenfor nevnte stillingsmodula-sjon av pulstidspunktene som følge av den tilbakekoblingsspenning som tas fra fasediskriminatoren 4, forårsaker opptreden av en sagtannsutgangsspenning fra fasediskriminatoren 4 med langsomt stigende og hurtig fallende flanke tilsvarende d i fig. 4e. Da denne sagtannspennings grunnfrekvens er lavere enn frekvensen av den svingning c (konferer fig. 4b) som opptrer uten tilbakekobling, blir denne sagtannsspenning mindre svekket av lavpassfilteret 6 og kan dermed lettere bevirke en tilstrekkelig frekvensmodulasjon av oscillatoren 3, inntil denne er i takt med den ønskede harmoniske oversvingning av pulsrepitisjonsfrekvensen.

Det er fordelaktig å tilstrebe en slik dimensjonering av fasemodulatoren, at en gitt faseforskyvning for oscillatorens 3 spenning forårsaker den samme faseforskyvning av pulsene, i forhold til oscillatorens 3 kretsfrekvens.

Det har vist seg at ved en sådan dimensjonering kan sløyfekretsens innfangningsområde økes nesten med en faktor n, når n som tidligere angir forholdet mellom frekvensene for oscillatorene 3 og 1, na-turligvis således at koblingsanordningens innfangningsområde ikke er større enn det såkalte holdeområde (dvs. det maksimale styreområde for reaktanskoblingen). Dessuten viser det seg ved anvendelse av oppfinnelsen, at i løpet av innfangningen bed-res sløyfekretsens stabilitet proporsjonalt med det harmoniske frekvensforhold mellom oscillatorene 3 og 1, dvs. at sløyfefor-sterkningen er minsket omtrent med en faktor n.

Sluttelig viser det seg at de forstyr-rende vekselspenninger som overlagrer syrespenningen svekkes tilsvarende det harmoniske frekvensforhold n, hvilket er riktig bruk av den i fig. 5 beskrevne anordning med flere blandetrinn i sløyfe-kretsen for å innskrenke utgangssvingnin-gens parasittfrekvensmodulasjon på grunn av uønskede på styrespenningen overlag-rede blandeprodukter med forholdsvis lav frekvens.

En fordelaktig utformning av en puls-fasemodulator ifølge oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til fig. 3. Den i fig. 3 viste fasemodulator har en pentode 8 hvis styregitter over en seriemotstand 9 tilføres en sinusformet spenning a ifølge fig. 4 a over klemmene 10 og dessuten en sagtannspenning over klemmene 11, dvs. at spenningen tilsvarer kurven d i fig. 4e. Når bare den sinusformede spenning a i styregitterkretsen for pentoden 8 er virk-som, forløper den på styregitteret opptre-dende spenning tilsvarende den opptrukne kurve a i fig. 4a, da de positive halvbølger av den tilførte sinusformede spenning undertrykkes ved opptreden av gitter-strøm. Den på denne måte begrensede spenning forsterkes av røret og forårsaker en strøm av tilsvarende form i spolen 12 som er koblet inn i anodekretsen. Denne spole 12 danner sammen med den ved hjelp av streker viste parasittkapasitet 13, en på en forholdsvis høy frekvens avstemt krets. Parallelt med denne svingekrets er koblet en motstand 14 av sådan størrelse at det oppstår en kritisk dempning av svinge-kretsen.

I det tidspunkt da styrespenningen overstiger begrensningsnivået, settes svin-gekretsen 12 til 14 i svingninger. På denne måte oppstår der på tidspunktene t0, t,, t2 osv. over kretsen en positiv halvbølge som over en koblingskondensator 15 tilføres blandetrinnet 4 ifølge fig. 2.

Hvis der i pentodens 8 styregitterkrets foruten den sinusformede spenning a også

opptrer en sagtannspenning d, oppstår der til forskjøvne tidspunkter pulser f. eks. t'0l tT, og t'2 slik som det er forklart i forbindelse med fig. 4d.

Utformningen ifølge fig. 3 er altså den i blokkskjema ifølge fig. 2 antydede fasemodulator 7 og pulsgiveren 2 forenet i et enkelt rørtrinn.

Fig. 5 viser en utformning av anordningen ifølge oppfinnelsen hvor en oscilla-tors frekvens stabiliseres i forhold til to styresvingninger.

I den hensikt blir utgangsspenningen fra en oscillator 16 som skal stabiliseres blandet i et blandetrinn 17 med utgangsspenningen fra en stabil interpolerings-oscillator 18 for å oppnå en differensfre-kvens som forsterkes ved hjelp av en avstemt forsterker 19. Interpoleringsoscilla-toren 18 kan ha regulerbar frekvens.

Den frekvensdifferens som tas fra forsterkeren 19 sammenlignes i en fasediskriminator 21 med en harmonisk oversvingning fra krystalloscillatoren 20. Til dette bruk styrer på tilsvarende måte som i fig. 1 og 2, krystalloscillatorens 20 utgangsspenning en pulsgiver 22 hvis utgangspul-ser i korte tider frigir et blandetrinn som virker som fasediskriminator. Fasediskriminatoren 21 leverer, når frekvensdiffe-ransen fra forsterkeren 19 er lik en harmonisk oversvingning av pulsrepitisjonsfrekvensen, en likespenning som etter gjennomgang i lavpassfilteret 23 styrer en foranderlig reaktans 24 som er koblet med oscillatoren 16 som skal stabiliseres.

Så langt er anordningen i fig. 5 i og for seg kjent fra det allerede nevnte britiske patentskrift 724 942.

Ved anordninger av denne type kan der i blandetrinnet 17 oppstå uønskede blandeprodukter som kan føre til en ampli-tudemodulasjon av den styrespenning som tas fra fasediskriminatoren 21, hvilken forårsaker en parasittfrekvensmodulasjon av oscillatoren 16 hvis de således oppståtte uønskede vekselspenninger svekkes utilstrekkelig i lavpassfilteret 23.

Ifølge oppfinnelsen er der mellom krystalloscillatoren 20 og pulsgiveren 22 koblet inn en fasemodulator 25 tilsvarende fasemodulatoren 7 i fig. 2. Denne fasemodulator 25 kan utformes på samme måte som i fig. 3.

Fasemodulatoren 25 styres av en over forsterkeren 26 og lavpassfilteret 27, over utgangen av fasediskriminatoren 21 uttatt spenning. Lavpassfilteret 27 undertrykker de i fasediskriminatorens 21 utgang opp-tredende høye frekvenser, blant andre pulsrepetisjonsfrekvensen.

Slik som det er forklart i forbindelse

med fig. 2, gir fasemodulatoren som styres

med en tilbakekoblingsspenning, en større

stabilitet for sløyfekretsen 16, 17, 19, 21,

23, 24 så vel som en økning av innfangningsområdet til omtrent det såkalte hol-deområdet. Dessuten forårsaker fasemodulatoren en dempning av de uønskede

vekselspenninger som er overlagret styrespenningen, uavhengig av deres opprin-nelse. Som følge derav blir også de for-styrrende vekselspenninger som stammer

fra uønskede blandeprodukter, dempet.

Denne dempning er proporsjonal med det

harmoniske frekvensforhold mellom den

fra forsterkeren 19 uttatte differensfre-kvens og frekvensen av krystalloscillatoren 20.

Claims (1)

1. Koplingsanordning for automatisk frekvensstabilisering av en høyfrekvensoscil-

   lator i forhold til en styresvingnings fre--kvens, ved hjelp av en med høyfrekvens-oscillatoren koplet og av en styrespenning styrbar frekvensregulator, idet anordningen har en styrespenningsregulator med et som fasediskriminator arbeidende blandetrinn som styres av en med styrespenningen synkron puls og en spenning som tas fra høyfrekvensoscillatoren, idet der fra fasediskriminatorens utgangskrets tas ut en styrespenning som over et lavpassfilter styrer frekvensregulatoren for å stabilisere høyfrekvensoscillatorens frekvens i forhold til en høyere harmonisk av pulsrepetisjonsfrekvensen, karakterisert ved at den til fasediskriminatorens inngang sluttede styrespenningskrets har en fasemodulator som styres av en tilbakekoplings-spenning som tas fra fasediskriminatorens i utgang.