FREQUENCY STABILISATION METHOD FOR A HIGH-FREQUENCY FREELY OSCILLATING OSCILLATOR

Abstract: 1. A process for the frequency stabilisation of a high-frequency free-swinging oscillator, in particular of the micro-wave oscillator in the transmitting branch of a transmitting-receiving device for a radio system modulated in analogue or digital fashion, wherein in the stabilisation circuit a digital frequency modulation is simultaneously effected in such a manner that part of the output signal of the free-swinging oscillator (20) to be stabilised is transmitted onto a programmable frequency divider (2) which has an adjustable dividing factor (x) and whose output signal of the divided frequency (fo /x, fZF /x), which corresponds to the digital frequency fluctuation of the frequency modulation, is compared with the stable referency (fR1 ) of a reference source (17) in a phase comparison circuit (23) and the resultant regulating voltage adjusts the frequency of the free-swinging oscillator (20) to a value which corresponds to the dividing factor and has the frequency stability of the reference source (17), characterised in that the output-coupled portion of the output power of the free-swinging oscillator (20) to be stabilised is mixed in a mixer (19) with the multiplied signal of a fundamental wave oscillator (16) which is stabilised with the aid of a reference frequency (fR2 ) of a further reference source (15) and the high-frequency output signal of the mixer (19) is fed to the programmable divider (2), whose frequency divided signal is compared with the reference frequency source (17) in the phase comparison circuit (23), which reference frequency source is designed so as to be adjustable in such a manner that the signal frequency of the reference source (17) is divided by a specific factor (q) in a programmable frequency divider (7) and compared with the reference signal (fR2 ) of the further reference source (15) of the readjusting circuit of the fundamental wave oscillator (16), which reference signal is frequency-divided by a fixed factor (s) in a second phase comparison circuit (8), and that in order to adjust the frequency of the fundamental wave oscillator (16) a portion of its output signal is fed to a further phase comparison circuit (11) by means of a programmable frequency divider (12) (dividing factor p) and compared with the divided frequency of the reference signal (fR2 ) of the further reference source (15).

Description: Verfahren zur Frequenzstabilisierung eines hochfreguenten freischwingenden Oszillators. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fre quenzstabilisierung eines hochfrequenten freischwingenden Oszillators, insbesondere des Mikrowellenoszilla- tors im Sendezweig einer Sende-Empfangs einrichtung für ein analog oder digital moduliertes Funksystem, bei dem in einer Phasenvergleichsschaltung das Signal des freischwingenden Oszillators mit einer-stabilen Referenzfrequenz verglichen wird. Speziell bei hoherfrequenten freischwingenden Oszillatoren genügt bei bestimmten Anwendungen die dem Oszillator eigene Frequenzstabilität nicht, so dass durch Stabilisierungswerfahran, z.B. Frequenz- oder Phasenver gleschs- und Nachregelschaltungen diese Oszillatoren auf die Frequenzstabilität einer hochstabilen Referenzquelle, Z-Be eines Quarzoszillators gebracht werden müssen. Derartig hohe Änforderungen werden beispielsweise auch an die Frequenzstabilität eines ikrowellen- oszillators gestellt, der im Sende zweig einer Sende Empfangs einrichtung für ein analog oder digital moduliertes Funksystem zur Nachrichtenübertragung zwischen sich längs vorgegebener Strecken bewegenden Sende Empfangsstationen und längs dieser Strecken in vorgegebenen abständen angeordneten, in beiden Streckenrichtungen wirksamen Sende-Empfangsstationen eingeschaltet ist. Ein Verfahren zur Stabilisierung eines solchen Mikrowellenos illators ist durch die DE-PS 27 44 110 bekannt. Der Erfindung- liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass zusätzlich zur Frequenzstabilisierung in einfacher Weise eine Frequenzmodulation und Frequenzeinstellung möglich ist. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art gemäss der Erfindung in der Weise geldst, dass in der Stabilisierungsschaltung zugleich eine digitale Frequenzmodulation erfolgt derart, dass ein Teil des Ausgangssignals des zu stabilisierenden freischwingenden Oszillators auf einen programmierbaren Frequenzteiler mit einem einstellbaren Teilungsfaktor gegeben wird, dessen dem digitalen Frequenzhub der Frequenzmodulation entsprechendes Ausgangs- signal der geteilten Frequenz in der Phasenvergleichsschaltung mit der stabilen Referenzfrequenz einer Referenzquelle verglichen wird und dass die entstehende Regelspannung die Frequenz des freischwingenden Oszfllators:auS einen dem Teilungsfaktor entsprechenden Wert mit der Frequenzstabilität der Referenzquelle einstellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachstehend wird die Erfindung anhand von instder Zeichnung dargestellten Ausfürungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Blockschaltbild einer Stabilisierungsschal tung mit digitaler Frequenzmodulation, Fig. 2 das entsprechende Blockschaltbild mit einer Er weiterung des Modulationsprinzips zu quasianalo ger Frequenzmodulation, Fig. 3 das Blockschaltbild einer Stabiliserungsschal tung mit Frequenzmodulation mit mehreren Refe renzquellen und Fig. 4 ein weiteres Ausfiihrungsbei spi el einer Stabi lisierungsschaltung mit digitaler Frequenzmo dulation. Bei der Stabilisierungsschaltung gemäss Fig. 1 ist der freischwingende hochfrequente Oszillator der Frequenz formit 1 bezeichnet. Er gibt einen Teil seines Ausgangssignals auf einen programmierbaren Teiler 2, der je nach Teilverhältnis aus einem oder mehrereninte- grierten Bausteinen besteht, so dass die Oszillatorfrequenz f um einen Teilungsfaktor x geteilt wird. Die geteilte Frequenz fO/x entspricht dabei genau dem digitalen Frequenzhub der Frequenzmodulation. Der Teilungsfaktor x kann nun Je nach Schaltzustand aa den Programmiereingangen I, II ... des Teilers 2 den Wert x = n oder x = n + 1 haben bzw. im Falle einer mehr kanaligen FSK-Modulation x' = n + m, wobei n = O, 1, und m < n die Anzahl der einzelnen FSK-Frequenzen ist. Die geteilte Frequenz forx wird nun in einer Phasenvergleichsschaltung 3 mit der stabilen Referenzfre- quenz R der.Referenzquelle 4 verglichen. Die in der Phasenvergleichsschaltung 3 entstehende Regelspannung wird über einen Tiefpass 5 auf den frequenzsteuernden Eingang des Oszillators 1 geschaltet, so dass im eingeregelten Zustand die geteilte Frequenz f0/x = wird, d.h. der Oszillator 1 die Frequenzstabilität der Referenzquelle 4 besitzt. Ändert sich nun im sinn des digitalen Modulationssignals (Mod. digital) der Teilungsfaktor x z.B. von x = n auf x = n + 1, so wird der Oszillator 1 um den Betrag a in der Frequenz angehoben, da über die Nachregelsohaltung auch fO/n + 1 = werden muss. Das heisst,iit steigendem Teilungsfaktor x steigt auch die stabilisierte Frequenz f0. Die maximale Nodulationsfrequenz muss kleiner als die Referenzfrequenz 9 Rein. Die Schaltung nach Fig. 2 enthält eine Erweiterung des Modulationsprinzips zu quasianaloger Frequenzmodulation. Dabei wird das analoge Modulationssignal (Mod. analog) über einen Analog-Digital-Wandler 6 in ein bitparalleles Datensuster umgewandelt, das seinerseits über die Programmiereingänge I, II ... des Teilers 2 dessen Teilungsfaktor x bestimmt. Von der Anzahl der Quantisierungsstufen des Analog-Digital Wandlers 6 wird die Anzahl der verschiedenen Teilungsfaktoren bestimmt und. damit die. Zahl der auftretenden Frequenzsprünge des Oszillators 1. Hat der Analog Digital-Wandler z.B. vier digitale Ausgänge, so können damit maximal 16 verschiedehe Teilungsfaktoren eingestellt werden. Der maximale Frequenzhub des Oszillators 1 beträgt also 15 fR. Die Schaltung nach Fig. 3 stellt eine Variante des Stabilisierungs- bzw. Modulationsprinzips dar. Hierbei bleibt das Teilungsverhältnis x des Teilers 2 fest, d.h. er muss nicht programmierbar sein. Die Referenzfrequenz ändert sich um den Betrag AfR i;Sinne des digitalen Modulationssignals, so dass der Frequenzhub des Oszillators A8 . x beträgt. Die Variation der Referenzfrequenz fR wird durch Umschaltung zwischen mehreren Referenzquellen 4 bewirkt. Hierzu ist eine Schalteinrichtung 7 mit Umschaltern vorgesehen, die von digitalen Modulationssignalen (Mod. digital) gesteuert wird. Fig. 4 zeigt ein Aus fuhrungsbei spiel einer Stabilisie- rungsschaltung mit digitaler Frequenzmodulation und Frequenzeinstellung, wie sie beispielsweise für ein linienförmiges Zugbeeinflussungs-System anwendbar ist. Zur Veranschaulichung sind für die Frequenzen der Oszillatoren und die Frequenzteiler bzw. -vervielfacher Zahlenwerte eingetragen. Der in seiner Frequenz zu stabilisierende Mikrowellenoszillator ist mit 20 bezeichnet. Von seinem Signal wird in einem Richtkoppler 21 ein Teil ausgekoppelt und einem Mischer 19 zugeführt. In diesem wird es mit dem in einem Vervielfacher 18 um den Faktor n vervielfachten Signal eines Grundwellenosziliators 16 der Frequenz f (z.Bv f0 X 460 MHz) gemischt. Das aus der Mischung entstandene hochfrequente Signal UzF (z.3. fzF= 240 MHz) wird über einen Verstärker 22 auf den programmierbaren Teiler 2 gegeben und in diesem in der Frequenz auf EMI5.1 geteilt und in der nachfolgenden Phasenvergleichsschaltung 23 mit der Referenzfrequenz fR1 einer Referenzquelle 17 verglichen. Der programmierbare Teiler 2 weist einen Steuereingang A auf für die Modulationseinstellung und einem Elngang B zur Einstellung eines sogenannten Ruhezustandes. Im dargestellten Beispiel wird über den Steuereingang A der Teilungsfaktor des Teilers 2 modulationsbedingt zu x = 160 oder x = 162 eingestellt. Uber den Eingang B wird der Teilungsfaktor x = 161 eingestellt. Dieser sogenannte Ruhezustand dient als dritter Frequenzzustand zusätzlich zu den beim FSK-Prinzip vorhandenen zwei diskreten Frequenzzuständen und gewährleistet, dass bei der Nachrichtenübertragungsrichtung von den beweglichen Sende-Empfangsstationen auf die ortsfesten alle beweglichen Sende-Empfangsstatiönen bis auf eine gerade sendende einen sogenannten Ruhezustand einneh men, indem sie zwar Nachricht von den ortsfesten Sende Empfangsstationen aufnehmen, nicht aber die Sender der einen aufgerufenen beweglichen Sende-Empfangsstation storen können, Bei modulationsgesteuertem ansteigendem Teilungsfaktor x, beispielsweise von x = n (z.B. n t 160) auf x = n+2, wird die Frequenz des Mikrowellenoszillators f20 ebenfalls um den Betrag 2 . fR1 angehoben. Der Grundwellenoszillator 16 wird hierbei durch eine Nachregelschaltung nach dem Synthesizerprinzip mit Hil- fe einer Referenzfrequenz fR2 einer Referenzquelle 15 stabilisiert und kann über einen programmierbar efx stellbaren Teiler 12 (Teilungsfaktor p ) in der Frequenz in festen Frequenzstufen eingestellt werden. Hierfür wird ein Teil des Ausgangssignals des Grundwellenoszillators 16 über den programmierbaren Teiler 12 auf eine Phasenvergleichsschaltung 11 gegeben und mit dem in der Frequenz im Teiler 13 geteilten Refe renzsignal fR2 der Referenzquelle 15 verglichen. Der Grundwellenoszillator 16 wird durch eine Regelspan nung,die in der Phasenvergleichsschaltung 11 entsteht, über. einen Tiefpass 14 in der Frequenz so nachgeregelt, dass seine Frequenz f0 immer gleich P . f ist. 5 Diese einstellbare F'reqUenzstabilisierung ermöglicht es, in mehreren einstellbaren Frequenzbereichen mit Hilfe einer Referenzfrequenz fR2 eine Anzahl von Funkgeräten in ihrem frequenzmässigen Verhalten zu synchronisieren. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch die Referenzfrequenz fR1 einstellbar ausgeführt, wodurch vermieden wird, dass man Interferenzen bedingende Frequenzen der Funkgeräte eines Funkbereichs erhält. Die Referenzfrequenz fR1 ist um den Betrag q. #fR1 einstellbar, wobei q z.B. zwischen q + 1 und q + 20 liegen kann. Dazu wird das Signal eines zunächst als freischwingend gedachten Oszillators 17 der Frequenz iR1 in einem programmierbaren Frequenzteiler 7 um. den Faktor q geteilt. und mit dem-um; den Faktor s in einem Teiler 10 frequenzgeteilten Referenzsignal der Frequenz fR2 verglichen, so dass fR2/s = - fR1/q wird, Steigt z.B. der Faktor q um 1 an, so erhöht sich auch die Referenzfrequenz iR1 um den Betrag #f01 = f02/s und damit auch die Frequenz des Mikrowellenoszillators 20 um #fR1 . x. T Patentansprüche 4 Figuren

Claims: PatentansPrtiche 1. Verfahren zur Frequenzstabilisierung eines hochfrequenten freischwingenden Oszillators, insbesondere des Mikrowellenoszillators im Sendezweig einer Sende Empfangseinrichtung für ein analog oder digital moduliertes Funksystem, bei dem in einer Phasenvergleichs- schaltung das Signal des freischwingenden Oszillators mit einer stabilen Referenzfrequenz verglichen wird, dadurch gekennzeichnet der Stabilisenmgsschaltnng zugleich eine digitale Frequenzmodulation erfolgt derart, dass ein Teil des Ausgangssignals des zu stabilisierenden frei schwingen- den Oszillators (1 , 20) auf einen programmierbaren Frequenzteiler (2) mit einem einstellbaren Teilungsfaktor (x) gegeben wird, dessen demfidigitaien Frequenzhub der Frequenzmodulation entsprechendes Ausgangs- signal der geteilten Frequenz (f /x, fZF/x) in der Phasenvergleichsschaltung (3, 23) mit der stabilen Referenzfrequenz (f , f01) einer Referenzquelle (4, 17) verglichen wird und dass die entstehende Regelspannung die Frequenz des freischwingenden Oszillators (1, 20) auf einen dem Teilungsfaktor entsprechenden Wert mit der Frequenzstabilität der Referenzquelle (4, 17) einstellt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t- dass ein analoges Modulationssignal über einen Analog-Digitalwander (6) in ein bitparalleles Datenmuster umgewandelt wird, das über die Programmiereingänge des Teilers (2) dessen Teilungsfaktor bestimmt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Variation der Referenzfrequenz (±R) durch Umschaltung zwischen zwei oder mehreren Referenzquellen (4) erfolgt. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass oder ausgekoppelte Teil der Ausgangsleistung des zu stabi- lisflerenden freischwingenden Oszillators' (20) in einem Mischer (19) mit dem vervielfachten Signal eines mit Hilfe einer Referenzfrequenz (f) einer Referenzquelle (15) stabilisierten Grundwellenoszillators (16) gemischt und das hochfrequente Ausgangs signal des Mischers (19) dem programmierbaren Teiler (2) zugeführt wird, dessen in seiner Frequenz geteiltes Signal in einer Phasenvergleichsschaltung (23) mit einer Refe renzfrequenz ( 1) 1 einer Referenzfrequenzquelle (17) verglichen wird, die einstellbar ausgeführt ist derart, dass die Signalfrequenz der Referenzquelle (17) in einem programmierbaren Frequenzteiler (7) um einen bestimmten Faktor (q) geteilt und mit dem um einen festen Faktor (s) frequenzgeteilten Referenzsignal (fR2) der Referenzquelle (15) der Nachregelschaltung des Grundwellenoszillators (16) in einer weiteren-Phasenvergleichs- schaltung'(8) verglichen wird. 5* Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n zeie h n e t , dass die Frequenz- des Grund- wellenoszillators (16) mittels eines programmierbar @einstellbaren Frequenzteilers (12) in festen Stufen einstellbar ist. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Einstellung der Frequenz des Grundwellenoszillators (16) ein Teil seines Ausgangssignals über den programmierbaren Teiler (12) (Teilungsfaktor p) auf eine Phasenver gleichsschaltung (11) gegeben und mit dem in der Frequenz geteilten Referenzsignal tfR2) der Referenzquelle (15) verglichen wird. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der programmierbare Teiler (2) einen Steuereingang < A') für die Modulationseinstellung und einen Eingang (3) zur Einstellung eines Ruhe zustandes als dritter Frequenzzustand aufweist.

Inventors: KLOEBER, PETER, DIPL.-ING., MULLER, FRIEDRICH, DIPL.-ING., Müller, Friedrich, Dipl.-Ing.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: H03C3
IPC codes: H03L7, H04L27, H03C3