CH631844A5

CH631844A5 - Circuit arrangement for frequency addition or subtraction

Info

Publication number: CH631844A5
Application number: CH822878A
Authority: CH
Inventors: Gottfried Tschannen
Original assignee: Siemens Ag Albis
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1982-08-31
Also published as: DE2926634C3; ATA672178A; DE2926634B2; AT361982B; DE2926634A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit einer der Summe oder der Differenz der Frequenzen zweier vorgegebener Signale entsprechenden Frequenz.

Bei der Prüfung von Doppler-Radarsystemen ist es nötig, aus dem gesendeten Signal ein Empfangssignal ableiten zu können. Das empfangene Signal kann dabei durch eine Frequenzverschiebung vorgetäuscht werden. Der Nährung eines Objektes entspricht bei der Simulation eine positive Frequenzverschiebung, d.h. eine Frequenzaddition. Entfernt sich das Objekt, so wird dies durch eine negative Frequenzverschiebung, d.h. eine Frequenzsubtraktion simuliert.

Es sind Schaltungen bekannt, bei welchen die Frequenz am Oszillator direkt variiert wird. Bei solchen frequenzvariablen Oszillatoren stellen sich allerdings Probleme der Frequenzkonstanz und damit werden grosse Anforderungen an die Frequenzüberwachung und Frequenzregelung gestellt, was in der Regel zu relativ aufwendigen Schaltungsanordnungen führt. Zudem ist eine lineare Beziehung zwischen dem modulierenden Signal und der Frequenzabweichung nur in kleinen Bereichen möglich.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Phase eines vorgegebenen Signals kontinuierlich zu verschieben und somit eine Frequenzabweichung im Sinne einer Frequenzaddition oder-Subtraktion zu erreichen.

Ein sinusförmiges Signal der Frequenz f 1 wird bekanntlich durch die Gleichung S = | S | eJ(2 rflt+ f) beschrieben. Bei einer kontinuierlichen Phasenänderung um einen bestimmten gleichbleibenden Betrag pro Zeitabschnitt, welcher einer bestimmten Frequenz f2 entspricht, kann die obige Gleichung wie folgt geschrieben werden:

S = ISI eJ'<2 nflt+ <p> = ISI eJ(2 rflt±2 rfr2t) = IS |ei<'lflt±2'tf:Lt>

S = ISI ei2,lt(fl+fj>

Aus dieser letzten Gleichung ist ersichtlich, dass eine kontinuierliche Phasenverschiebung einer Frequenzaddition oder -Subtraktion gleichgesetzt werden kann.

In der DE-AS 1 037 529 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Phasenmodulation über oder unter 2 % und zur Frequenzmodulation beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das Eingangssignal einem Modulator über ein Steuergerät zugeführt, dessen Ausgangsspannung mit dem Eingangssignal proportional ansteigt oder abfällt bis zu einem Wert, der im angeschlossenen Phasenmodulator eine Phasenabweichung von + % oder — 7t bewirkt, wobei beim Überschreiten des entsprechenden Wertes der Eingangsspannung die Ausgangsspannung des Steuergerätes auf einen Wert zurück- bzw. vorspringt, der im angeschlossenen Phasenmodulator einer Phasenabweichung von 2 7t entspricht, und wobei ferner sich der Sprung der Ausgangsspannung des Steuergerätes jedesmal dann wiederholt, wenn die Eingangsspannung Werte überschreitet, die im Phasenmodulator dem Vielfachen von 2 n entsprechen. Der Sprung der Modulatorspannung führt jedoch zu einer Diskontinuität des Ausgangssignals, welche sich um so stärker auswirkt, je grösser die Frequenzabweichung ist. Zudem verlangt der benötigte, eine Phasenverschiebung von 360° bewirkende Phasenmodulator einen relativ grossen schaltungstechnischen Aufwand.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie im Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, mit

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einem möglichst geringen schaltungstechnischen Aufwand ein Modulationssignal m 1 umgewandelt wird (Fig. 4b). Das zweite Signal zu erzeugen, dessen Frequenz der Summe oder der Dif- Eingangssignal e2 ist z.B. sinusförmig (Fig. 4a). Durch das Dio-ferenz der Frequenzen zweier vorgegebener Signale ent- dennetzwerk N wird das dreieckförmige Modulationssignal ml spricht. derart vorverzerrt, dass die Phasenverschiebung der Phasen-

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung 5 Schieber PI, P2 möglichst linear verläuft. Entsprechend diesem beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: dreieckförmigen Modulationssignal ml wird die Phasenlage

Fig. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung, des ersten Eingangssignals el im ersten Phasenschieber PI in

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel zweier Phasenschieber einer den ersten Periodenhälften des zweiten Eingangssignals e2 von solchen Anordnung, - 71/2 nach + n!2 und in dessen zweiten Periodenhälften von +

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines in der Anordnung ver- 10 71/2 nach - n/2 verschoben. Dem zweiten Phasenschieber P2 wendbaren, elektronischen Schalters, wird das Modulationssignal ml über eine erste Umkehrstufe II

Fig. 4 den Verlauf von in der Schaltung auftretenden Signa- invertiert zugeführt. Das invertierte Modulationssignal m2 len und Phasenverhältnissen. moduliert die Phase des ersten Eingangssignals el im zweiten

In der Schaltungsanordnung nach Fig.l ist ein Punkt El mit Phasenschieber P2. In den ersten Periodenhälften des zweiten dem Eingang eines ersten Phasenschiebers PI und mit dem Ein-15 Eingangssignals e2 wird die Phasenlage von 3- n/2 nach 71/2, in gang eines zweiten Phasenschiebers P2 verbunden. Die Aus- den zweiten Periodenhälften von nl2 nach 3 • n/2 verschoben, gänge der beiden Phasenschieber PI, P2 führen je über einen Lässt man den Einfluss des Diodennetzwerkes N unberück-

elektronischen Schalter S1 und S2 auf einen gemeinsamen sichtigt, so entspricht der zeitliche Verlauf der Phasenlage tpl Punkt A3, welcher über die Serieschaltung eines Begrenzers L bzw. <p2 des ersten Eingangssignals el an den Ausgängen der und eines Bandfilters F mit einem Punkt A4 verbunden ist. Ein 20 Phasenschieber PI bzw. P2 genau dem Oszillogramm des Punkt E2 ist über die Serieschaltung eines Signalformwandlers Modulationssignals ml bzw. m2.

W und eines Diodennetzwerkes N einerseits direkt mit einem Fig. 4b bzw. 4c zeigt infolgedessen sowohl den Verlauf der

Modulationseingang Ml des ersten Phasenschiebers PI und Phasenlage <pl bzw. <p2 des Signals el am Ausgang des Phasen-anderseits über eine erste Umkehrstufe 11 mit einem Modula- Schiebers PI bzw. P2 als auch den Verlauf des Modulationssig-tionseingang M2 des zweiten Phasenschiebers P2 verbunden. 25 nals ml bzw. m2.

Ferner ist der Punkt E2 über die genannte Serieschaltung noch Aus dem Modulationssignal ml wird durch ein Differen-mit einem Differenzierglied DI verbunden, dem eine zweite zierglied DI ein Schaltsignal S1 abgeleitet. Das Differenzier-Umkehrstufe 12 nachgeschaltet ist. glied DI liefert eine positive oder negative Schaltspannung, je

Ein Umschalter U verbindet in der einen Stellung den Aus- nachdem, ob das Modulationssignal ml eine positive oder eine gang des Differenziergliedes DI einerseits mit dem Steueran- 30 negative Steigung aufweist. Das resultierende Schaltsignal S1 schluss Cl des ersten Schalters S1 und anderseits über die hat einen rechteckförmigen Verlauf (Fig. 4d). Das Schaltsignal

Umkehrstufe 12 mit dem Steueranschluss C2 des zweiten Schal- S2 (Fig. 4e) wird durch die zweite Umkehrstufe 12 aus dem ters S2, in der anderen Stellung den Ausgang des Differenzier- ersten Schaltsignal S1 abgeleitet.

gliedes DI einerseits mit dem Steueranschluss C2 des zweiten Während den ersten Periodenhälften des Modulationssig-

Schalters S2 und anderseits über die Umkehrstufe 12 mit dem 35 nals ml verbindet der erste Schalter S1 in Fig. 1 den Punkt A3 Steueranschluss Cl des ersten Schalters Sl. mit dem Ausgang AI des ersten Phasenschiebers PI, an wel-

In Fig. 2 ist eine mögliche Ausführung für die beiden Pha- chem in diesem Zeitraum der Phasenwinkel <pl des ersten Einsenschieber PI und P2 dargestellt. Sie sind mit einem gemeinsa- gangssignals el von - 71/2 bis + n/2 verschoben wird. Während men Übertrager TR aufgebaut, dessen sekundärseitige Mittel- den zweiten Periodenhälften des Modulationssignals m2 bzw. anzapfung an ein Bezugspotential gelegt ist. Beim ersten Pha- 40 des zweiten Eingangssignals e2 verbindet der zweite Schalter senschieber PI ist die eine sekundärseitige Übertragerklemme S2 den Punkt A3 mit dem Ausgang A2 des zweiten Phasen-T1 über die Serieschaltung eines Kondensators Cl, einer Kapa- schiebers P2, an welchem in diesem Zeitraum der Phasenwin-zitätsdiode Dl, einer Induktivität LI und eines Widerstandes kel (p2 des ersten Eingangssignals e 1 von7t/2nach3- 7t/2ver-R1 mit der anderen sekundärseitigen Übertragerklemme T2 schoben wird. Da der Phasenwinkel - ti/2 mit dem Phasenwin-verbunden. Beim zweiten Phasenschieber P2 ist die sekundär- 45 kel 3- n/2 identisch ist und die Phase in der folgenden Periode seitige Übertragerklemme T2 über die Serieschaltung eines erneut von - n/2 nach 3* n/2 verschoben wird, kann am Punkt Kondensators C2, einer Kapazitätsdiode D2, einer Induktivität A3 ein Signal der Frequenz fl entnommen werden, dessen Pha-L2 und eines Widerstandes R2 mit der anderen sekundärseiti- senwinkel kontinuierlich zunimmt (vgl. Fig. 4f). gen Übertragerklemme T1 verbunden. Der Ausgang AI bzw. Durch Betätigung des Umschalters U wird bewirkt, dass

A2 der beiden Phasenschieber PI, P2 liegt zwischen dem 50 das Schaltsignal sl am Steueranschluss des zweiten Schalters Widerstand Rl bzw. R2 und der Induktivität LI bzw. L2. S2 und das Schaltsignal s2 am Steueranschluss des ersten Schal-

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des elektronischen Schal- ters Sl anliegt. Infolgedessen ist während den ersten Perioden-ters S1 bzw. S2. Er besteht im wesentlichen aus zwei Dioden D3 hälften des zweiten Eingangssignals e2 der zweite Schalter S2 und D4, deren Anoden zusammengeschaltet sind. Die Kathode und während den zweiten Periodenhälften der erste Schalter der einen Diode D3 bildet den Eingang und die Kathode der 55 S1 geschlossen. Am Punkt A3 kann ein Signal der Frequenz f 1 anderen Diode D4 den Ausgang des Schalters. Die Verbin- entnommen werden, dessen Phasenwinkel kontinuierlich dungssteile der Anoden der beiden Dioden D3 und D4 dient als abnimmt.

Steueranschluss Cl bzw. C2. Das am Punkt A3 auftretende Signal wird einem Begrenzer

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 funktioniert fol- L zugeführt, der gegebenenfalls eine Restamplitudenmodula-

gendermassen: 6o tion eliminiert. Das nachfolgende Bandfilter F ermöglicht den

Der Eingang El wird mit einem ersten z.B. sinusförmigen Durchgang der Grundfrequenz und unterdrückt die am Eingangssignal el der Frequenz fl beaufschlagt. Am Eingang Begrenzer L entstehenden Signale mit höheren harmonischen E2 wird ein zweites Eingangssignal e2 der Frequenz f2 ange- Frequenzen.

legt, welches nötigenfalls im Wandler W in ein dreieckförmiges

2 Blatt Zeichnungen

Claims

631844 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit einer der Summe oder der Differenz der Frequenzen zweier vorgegebener Signale entsprechenden Frequenz, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster mit dem ersten Signal (el) beaufschlagter variabler Phasenschieber (PI) vorgesehen ist, der die Phasenlage dieses ersten Signals (el) entsprechend einem aus dem zweiten Signal (e2) abgeleiteten dreieckförmi-gen Modulationssignal (ml) mit gleicher Frequenz wie das zweite Signal (e2) in dessen ersten Periodenhälften von - tc/2 nach + ji/2 und in dessen zweiten Periodenhälften von + 71/2 nach - 71/2 verschiebt, dass ein zweiter, ebenfalls mit dem ersten Signal (el) beaufschlagter Phasenschieber (P2) vorgesehen ist, der die Phasenlage des ersten Signals (el) entsprechend dem invertierten dreieckförmigen Modulationssignal (m2) in dessen ersten Periodenhälften von 3* 7t/2 nach %I2 und in dessen zweiten Periodenhälften von nl2 nach 3* tt/2 verschiebt, und dass die Ausgänge (AI, A2) der bei den Phasenschieber (PI, P2) über je einen Schalter (SI), S2) mit einem Punkt (A3) verbunden sind, wobei im Falle der Frequenz-Summenbildung der erste Schalter (Sl) jeweils nur während den ersten, der zweiten (S2) hingegen nur während den zweiten Periodenhälften des zweiten Signals (e2) und im Falle der Frequenz-Differenzbildung der erste Schalter (S 1 ) jeweils nur während den zweiten, der zweite Schalter (S2) hingegen nur während den ersten Periodenhälften des zweiten Signals (e2) geschlossen ist, so dass am Punkt (A3) ein Ausgangssignal (a3) mit einer der Summe oder der Differenz der Frequenzen der beiden Signale (el, e2) entsprechenden Frequenz entnehmbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Phasenschieber (PI, P2) aus einem gemeinsamen, primärseitig mit dem ersten Signal (el) beaufschlagten Übertrager (TR) mit an der Mittelanzapfung an ein Bezugspotential angeschlossener Sekundärwicklung aufgebaut sind, deren einer Anschluss (T2) einerseits über die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes (Rl), einer ersten Induktivität (LI), einer ersten Kapazitätsdiode (Dl) und eines ersten Kondensators (Cl) und anderseits über die Reihenschaltung eines zweiten Kondensators (C2), einer zweiten Kapazitätsdiode (D2), einer zweiten Induktivität (L2) und eines zweiten Widerstandes (R2) mit dem anderen Anschluss (Tl) verbunden ist, wobei die beiden auf die Schalter (S 1, S2) geführten Ausgänge (AI, A2) der beiden Phasenschieber (PI, P2) die Anschlusspunkte zwischen diesen Widerständen (Rl bzw. R2) und diesen Induktivitäten (LI bzw. L2) sind und wobei die Zuführung der Modulationssignale (ml, m2) über Widerstände (R3 bzw. R4) an die Kathoden der Kapazitätsdioden (Dl, D2) erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (SI, S2) je aus zwei Dioden (D3, D4) aufgebaut sind, deren Anoden zusammengeschaltet sind, wobei die Kathode der einen Diode (D3) den Eingang, die Kathode der anderen Diode (D4) den Ausgang des Schalters bildet, und dass ein mit den Anoden der beiden Dioden (D3, D4) verbundener Widerstand (R5) vorgesehen ist, über den ein der Betätigung des Schalters dienendes Rechtecksignal (s) mit gleicher Frequenz wie das zweite Signal (e2) zugeführt wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechtecksignal (s) durch ein Differenzierglied (DI) aus dem Modulationssignal (ml) gewonnen wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung einer Restamplitudenmodulation des Ausgangssignals am gemeinsamen Punkt (A3) eine Begrenzerschaltung (L) mit nachgeschaltetem Bandfilter (F) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der Nichtlinearitäten der Phasenschieber (PI, P2) ein das dreieckförmige Modulationssignal (ml, m2) vorverzerrendes Diodennetzwerk(N) vorgesehen ist.