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Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven Untersuchung eines Meßobjekts.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven
Untersuchung eines Meßobjekts mit insbesondere frequenzumsetzenden oder -ableitenden
Eigenschaften, bei der eine Meßspannung mit Hilfe eines digital einstellbaren Frequenzgenerators,
vorzugsweise eines dekadischen Senders, erzeugt und über das Meßobjekt einem selektiven
Überlagerungsempfänger mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung zugeführt wird,
der mittels eines die Überlagerungsfrequenz erzeugenden, digital einstellbaren Frequenzgebers
auf eine Frequenz abstimmbar ist, die von der Meßfrequenz abweicht.
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Eine derartige Untersuchung kann z.B. an einem Frequenzumsetzer vorgenommen
werden, der die Funktion hat, eine eingangsseitige Frequenz auf eine hiervon abweichende
Ausgangsfrequenz umzusetzen. Andererseits kann die Schaltung auch zur Überprüfung
eines Vierpols bezüglich gewollter oder nicht gewollter Oberwellenbildungen verwendet
werden. Bei allen diesen Messungen kommt es darauf an, den Überlagerungsempfänger
auf eine bestimmte, ausgangsseitig vom Meßobjekt auftretende Frequenz digital abzustimmen.
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Bekannte Schaltungen dieser Art benötigen neben dem die Meßfrequenz
liefernden, digitalen Frequenzgenerator einen zweiten, der die Überlagerungsfrequenz
erzeugt. Dabei ist jedoch der erforderliche Schaltungsaufwand sehr groß. In vielen
Fällen wird die Durchführung der genannten Messungen sogar daran scheitern, daß
nur ein Frequenzgenerator zur Verfügung steht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei Anordnungen der
eingangs genannten Art erforderlichen Schaltungsaufwand erheblich zu verringern.
Das wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Gliederung des Frequenzgenerators in
zwei oder mehrere mit abgestuften Bezugsfrequenzen gespeiste, im wesentlichen gleichartig
ausgebildete und einander interpolierende Stufen und durch eine Umschaltvorrichtung
zur Aufteilung der Stufen in zwei für sich funktionsfähige, einander nicht interpolierende
Gruppen, von denen die zweite zur Erzeugung der Meßfrequenz oder einer ihrer Komponenten
dient, während die erste als Frequenzgeber oder als Teil desselben verwendbar ist
und zur Erzeugung der Überlagerungs frequenz oder einer ihrer Komponenten dient.
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Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere in der
Einsparung eines eigenen Frequenzgenerators für die digitale Abstimmung des Überlagerungsempfängers
auf die jeweils zu selektierende Frequenz. Der zur Erzeugung der Meßfrequenz herangezogene
Frequenzgenerator wird durch geringfügige Abänderungen seiner Schaltung, die sich
schnell und in übersichtlicher Weise vornehmen lassen, da sie nicht in die einzelnen
Stufen eingreifen, sondern im wesentlichen nur die Verbindungen zwischen diesen
betreffen, in die Lage versetzt, die Funktion des Frequenzgebers mit zu übernehmen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter, teilweise
in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Dabei zeigt: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Bezugsfrequenzen
den einzelnen Stufen individuell zugeordnet sind, Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel,
bei dem die Bezugsfrequenzen allen Stufen gemeinsam sind, und
Fig.
3 eine beispielsweise Ausführung einer Stufe des Frequenzgenerators.
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In der Schaltung nach Fig. 1 besteht der zur Erzeugung der Meßfrequenz
fm herangezogene Frequenzgenerator aus den einzelnen Stufen 1 bis 6. Jede dieser
Stufen hat einen ersten Eingang a, der mit einer Reihe von abgestuften Bezugsfrequenzen
beschaltet ist. Der Stufe 1 werden dabei die Bezugsfrequenzen #fBk, k= 1 ... n,
zugeführt. Die sich hiervon unterscheidenden Bezugsfrequenzen der Stufe 2 sind mit
#fBk bezeichnet, die der Stufe 3 mit #fBk" u.s.w. . Den Interpolationseingängen
b der Stufen 1 bis 6 werden jeweils die an den Ausgängen c auftretenden Frequenzen
der vorhergehenden Stufen als Interpolationsfrequenzen zugeführt. Die Funktion jeder
einzelnen Stufe besteht darin, aus der Reihe der Bezugsfrequenzen eine gewünschte
auszuwählen, zu der am Interpolationseingang liegenden Interpolationsfrequenz zu
addieren und eine entsprechende Summenfrequenz am Ausgang c abzugeben. Die Auswahl
der Bezugsfrequenz geschieht dabei zweckmäßigerweise mittels eines Selektionsschalters
7 , der auf die betreffende Bezugsfrequenz eingestellt wird. Ihr Wert erscheint
dann in dem digitalen Anzeigefeld 8 Durch eine entsprechende gegenseitige Abstufung
der Bezugsfrequenzen, die unterschiedlichen Stufen zugeführt werden, wird eine Interpolationsbeziehung
zwischen diesen erreicht.
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Die von der Stufe 1 am Ausgang c abgegebene Interpolationsfrequenz
fi ändert sich beispielsweise für alle möglichen Bezugsfrequenzen fBk innerhalb
eines Bereiches, der dem Frequenzabstand zweier aufeinanderfolgender Bezugsfrequenzen
#fBk', #fBk'+1 entspricht. Dem Interpolationseingang b der ersten Stufe wird hierbei
zweckmäßigerweise eine Hilfsfrequenz fio zugeführt, die der Ausgangsfrequenz einer
tatsächlich nicht vorhandenen zusätzlichen Stufe entspricht,
die
der Stufe 1 vorzuschalten wäre. Soll eine dekadische Prequenzabstufung von fm erreicht
werden, so müssen auch die einzelnen Bezugsfrequenzen dekadisch gegeneinander abgestuft
sein.
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Die Meßfrequenz fm wird einem Meßobjekt 9 zugeführt, dessen Ausgang
mit dem Eingang 10 eines selektiven Überlagerungsempfängers verbunden ist. Dieser
enthält eine Frequenzumsetzungsstufe 11, die mittels einer Überlagerungsfrequenz
f1' die Empfangsfrequenz auf eine Zwischenfrequenz f ZF umsetzt. Diese wird dann
über ein Zwischenfrequenzbandfilter 12 an die eigentliche Meß- bzw. Auswerteeinrichtung
13 weitergegeben.
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Nach der Erfindung wird die Funktion eines die Überlagerungsfrequenz
f1' erzeugenden Frequenzgebers durch einen Teil der Stufen des Frequenzgenerators
mit übernommen.
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Zu diesem Zweck ist eine Umschaltvorrichtung 14 vorgesehen, die in
Fig. 1 als Zweifachumschalter ausgebildet ist. In der gestrichelten Lage des Umschalters
ist dabei der Ausgang c der Stufe 3 mit dem für die Zuleitung der Überlagerungsfrequenz
f1' vorgesehenen Eingang der Umsetzungsstufe 11 verbunden, während der Interpolationseingang
b der Stufe 4 an eine Hilfswechselspannung mit der Frequenz fio''' geschaltet wird,
die einer von der Stufe 3 gelieferten Interpolationsfrequenz entspricht. Hierdurch
entstehen zwei für sich jeweils funktionsfähige Gruppen vom Frequenzgeneratorstufen,
nämlich die erste Gruppe mit den Stufen 1, 2 und 3 und die zweite Gruppe mit den
Stufen 4, 5 und 6. Die Stufen jeder Gruppe behalten untereinander ihre interpolierende
Zuordnung, doch wird die Interpolationseigenschaft zwischen beiden Gruppen nunmehr
aufgehoben. Bei der in Fig. 1 dargestellten Abstufung der Bezugsfrequenzen' ist
es hierzu erforderlich, die Eingänge a der Stufen 1 bis 3 auf die Bezugsfrequenzen
der Stufen 4
bis 6 umzuschalten, Um mit den Stufen der ersten Gruppe
und den Stufen der zweiten Gruppe jeweils gleich große Frequenzbereiche überstreichen
zu können, ist es zweckmäßig, die Stufe 3 mit den Bezugsfrequenzen #fBk der Stufe
6, die Stufe 2 mit den Bezugsfrequenzen der Stufe 5 und die Stufe 1 mit den Bezugsfrequenzen
der Stufe 4 zu beschalten.
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Wie hieraus ersichtlich ist, kann die Funktion des Frequenzgebers
für f1' von den Stufen 1 bis 3 des Prequenzgenerators übernommen werden, ohne daß
komplizierte Umschaltevorgänge abgewickelt werden müssen. Die Auftrennung der Verbindung
zwischen den Stufen 3 und 4, die Anschaltung der Hilfswechselspannung fio" und die
Anschaltung der neuen Bezugsfrequenzen an die Stufen 1 bis 3 sind einfach auszuführen,
da hierbei kein Eingriff in die Schaltungen der Stufen selbst erfolgt. Die Erzeugung
der Meßfrequenz fm durch die Stufen 4 bis 6 der zweiten Gruppe bringt es allerdings
mit sich, daß die Frequenzabstufung von fm entsprechend gröber wird, da die Stufen
1 bis 3 der ersten Gruppe nunmehr für die Erzeugung der Meßfrequenz ausfallen. Man
hat es jedoch in der Hand, durch Wahl einer gleich großen Stufenzahl in beiden Gruppen
zu erreichen, daß die Abstimmung des Überlagerungsempfängers mit der gleichen Frequenzauflösung
vorgenommen wird, die auch bei der Erzeugung der Meßfrequenz eingehalten wird.
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Die Messung geht nun im einzelnen so vor sich, daß in der gestrichelt
gezeichneten Stellung der Umschaltvorrichtung 14 die Meßfrequenz fm durch Einstellung
der Stufen 4 bis 6 ausgewählt wird und der Überlagerungseöpfänger durch Einstellung
der Stufen 1 bis 3 auf Empfangsfrequenzen abgestimmt wird, die neben der Meßfrequenz
fm liegen. Auf diese
Weise lassen sich die frequenzumsetzenden oder
-ableitenden Eigenschaften des Meßobjekts 9 näher untersuchen. Man kann die Einstellungen
der Stufen 4 bis 6 und 1 bis 3 schrittweise auch so verändern, daß die Meßfrequenz
fm und die Abstimmfrequenz des Überlagerungsempfängers beim Überstreichen des interessierenden
Frequenzbereiches stets einen gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisen. Darüber
hinaus kann die Einstellung der Stufen 1 bis 3 in Abhängigkeit von der Einstellung
der Stufen 4 bis 6 so erfolgen, daß der Überlagerungsempfänger auf die Meßfrequenz
fm selbst abgestimmt wird.
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Die Überlagerungsfrequenz f1' kann weiterhin auch so gebildet werden,
daß die Ausgangsfrequenz der Stufe 3 in einer in Fig. 1 gestrichelt dargestellten
Umsetzungsstufe 11a mittels einer von einem Oszillator 11b erzeugten Hilfsfrequenz
in eine andere Frequenzlage umgesetzt wird. In diesem Fall stellen die Stufen 1
bis 3 lediglich einen Bestandteil des Frequenzgebers für die Überlagerungsfrequenz
dar.
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Zweckmäßigerweise wird die Anzeige der Stufen 1 bis 3 im aufgeteilten
Zustand des Frequenzgenerators so gesteuert, daß die Empfangsfrequenz des Überlagerungsempfängers
angezeigt wird. Entspricht die von lib erzeugte Hilfsfrequenz dem Wert der Zwischenfrequenz
fZF des Überlagerungsempfängers, so wird dies erreicht, wenn die Steuerung der Anzeige
für die Stufen 1 bis 3 in gleicher Weise erfolgt wie im ungeteilten Zustand des
Frequenzgenerators 1 bis 6.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die frequenzselektierenden
Mittel der einzelnen Stufen 1 bis 6 aus diesen herausgezogen und zu einer Selektionsschaltung
15 vereinigt. Eine derartige Ausbildung der Schaltung ist dann vorteilhaft, wenn
nur eine Reihe von abgestuften Bezugsfrequenzen
vorgesehen ist,
die allen Stufen des Frequenzgenerators gemeinsam zugeführt werden. Die Selektionsschaltung
15 ermöglicht es dabei, jeder Stufe nur die jeweils gewünschte Bezugsfrequenz zuzuleiten.
Da ohne eine individuelle Zuordnung der Bezugsfrequenzen zu den einzelnen Stufen
die Interpolationseigenschaft der letzteren untereinander zunächst noch nicht gegeben
ist, ist es erforderlich, jeder interpolierten Stufe einen Frequenzteiler zuzuordnen,
dessen Bemessung so getroffen ist, daß der Frequenzänderungsbereich der interpolierenden
Stufe dem Frequenzahstand zweier benachbarter Bezugsfrequenzen der interpolierten
Stufe entspricht. In Fig. 2 sind diese Frequenzteiler jeweils den Interpolationseingängen
b der interpolierten Stufen vorgeschaltet und mit T2, T3 ..-.,. T6 bezeichnet.
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Die am Eingang 16 der Selektionsschaltung 15 anliegenden Bezugsfrequenzen
#fBk werden zweckmäßigerweise einer Filterschaltung zugeführt, die für jede einzelne
der Bezugsfrequenzen einen eigenen Ausgang besitzt. Jeder dieser Ausgänge ist über
eine Vielfachschaltung auf jeden der den einzelnen Stufen 1 bis 6 zugeordneten Ausgänge
Al, A2 ... A6 der Selektionsschaltung 15 durchschaltbar. Den Ausgängen A1 bis A6
sind dabei jeweils Umschalter vorgeschaltet, über die eine Auswahl unter den Ausgängen
der Pilterschaltung und damit eine Auswahl unter den zur Verfügung stehenden Bezugsfrequenzen
für jeden der Ausgänge Al bis A6 getroffen werden kann. Die Stellungen der Umschalter
werden in Anzeigefeldern 17 digital angezeigt.
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Bei diesen Umschaltern kann es sich um Drehschalter handeln, die mit
einer Skalenscheibe verbunden sind und über ein einziges Einstellorgan, z.B. 18,
betätigt werden, oder um Schalter, die über den einzelnen Schaltstellungen individuell
zugeordnete Einstellorgane, z.B. Druckknöpfe, betätigt werden. Dies ist in Fig.
2 an der Stufe 2 für einen
Schalter mit zehn Drucktasten 19 (entsprechend
10 Schaltstellungen) schematisch angedeutet. Insbesondere für den Fall einer dekadischen
Frequenzabstufung innerhalb der Gruppen 1 bis 3 und 4 bis 6 ist es zweckmäßig, die
Bezugsfrequenzen fvon einem stabilisierten Sinusgenerator 20 über einen Verzerrer
21 abzuleiten.
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Zum Unterschied von Fig. 1 erzeugt die zweite Gruppe 4. bis 6 in Fig.
2 lediglich eine Komponente f1 der Meßfrequenz die in einer Mischeinrichtung 22
mittels einer von einem Oszillator 23 erzeugten Hilfsfrequenz f2 in den gewünschten
Frequenzbereich umgesetzt wird. Entspricht f2 größenmäßig der Zwischenfrequenz fZF
des Überlagerungsempfängers, so wird in den Anzeigefeldern 17 der Stufen 1 bis 3
die Empfangsfrequenz des Überlagerungsempfängers automatisch angezeigt, ohne daß
die Steuerung der Anzeige gegenüber dem Zustand beim ungeteilten Frequenzgenerator
1 bis 6 verändert werden muß.
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Fig. 3 soll eine bevorzugte schaltungstechnische Durchbildung der
im wesentlichen gleichartig ausgestatteten Stufen 1 bis 6 des Frequenzgenerators
nach Fig. 2 veranschaulichen. Zu diesem Zweck wurde die Stufe 2 herausgegriffen
und in Form eines Blockschemas dargestellt. Die Stufe enthält im einzelnen einen
Prequenzgenerator 24, dessen Ausgang mit der Klemme c verbunden ist. Zusätzlich
ist ein Frequenzregelkreis 25 vorgesehen, der eine ständige Nachregelung der Oszillatorfrequenz
auf die Summe oder Differenz der über den Eingang a jeweils zugeführten Bezugsfrequenz
fBk und der über den Eingang b zugeführten Interpolazionsfrequenz fi', letztere
jedoch durch den Teilungsfaktor von T2 geteilt, bewirkt. Dazu wird die Ausgangsfrequenz
des Oszillators 24 in einer Mischeinrichtung 26 mittels der Bezugsfrequenz fBk auf
eine Zwischenfrequenz umgesetzt, die der geteilten Interpolationsfrequenz
fi'
entspricht. Sodann wird die Phase der mittels des Tiefpasses 27 ausgesiebten Zwischenfrequenzspannung
in einem Phasendiskriminator 28 mit der Phase der geteilten Interpolationsfrequenzspannung
verglichen.
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In Abhängigkeit von der Phasenrelation beider Spannungen entsteht
eine Regelgleichspannung Ur , die nach einer nochmaligen Siebung mittels eines Tiefpasses
29 dem Frequenzregeleingang 30 des Oszillators 24 zugeführt wird.
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Die Schaltung nach Fig. 3 enthält keine Frequenzselektionsmittel,
da hierbei von Fig. 2 ausgegangen wird und somit die Frequenzselektionsmittel sämtlicher
Stufen in einer dem Eingang a vorgeschalteten Selektionsschaltung 15 zusammengefaßt
zu denken sind. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Schaltung nach Fig. 3 durch
Zuschaltung individuell zugeordneter Frequenzselektionsmittel am Eingang a zu ergänzen
und als eine der Stufen 1 bis 6 in Fig. 1 zu verwenden. Eine andere Möglichkeit
der schaltungstechnischen Durchbildung der Stufen 1 bis 6 in Fig. 1 besteht darin,
das an den Eingang a angelegte Bezugsfrequenzspektrum mittels einer Hilfsfrequenz
einstellbarer Größe jeweils so umzusetzen, daß nur die gewünschte Frequenz des Spektrums
über ein Bandfilter ausgesiebt werden kann, und die ausgesiebte Bezugsfrequenz anschließend
durch die gleiche Hilfsfrequenz wieder in die ursprüngliche Frequenzlage umzusetzen.
Diese Prinzip wird auch als Vor-und Rückumsetzung bezeichnet.
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Die voneinander unabhängige digitale Einstellbarkeit des Meßsenders
und des Überlagerungsempfängers auf eine bestimmte Meßfrequenz bzw. Empfangsfrequenz
kann mit großem Vorteil bei einer Ausbildung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung
als programmgesteuerter Meßplatz benutzt werden. In diesem Fall sind die Einstellorgane
für die Frequenzeinstellung am Sender und Empfänger fernsteuerbar, 6 Patentansprüche
3 Figuren