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; DE2926634A1; DE2926634B2; ATA672178A; AT361982B

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. The present invention relates to a circuit arrangement for generating an electrical signal with a frequency corresponding to the sum or difference of the frequencies of two predetermined signals.

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. When testing Doppler radar systems, it is necessary to be able to derive a received signal from the transmitted signal. The received signal can be simulated by a frequency shift. The simulation of a object corresponds to a positive frequency shift, i.e. a frequency addition. If the object moves away, this is caused by a negative frequency shift, i.e. simulates frequency subtraction.

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. Circuits are known in which the frequency at the oscillator is varied directly. With such variable-frequency oscillators, however, there are problems of frequency constancy and thus great demands are placed on frequency monitoring and frequency control, which generally leads to relatively complex circuit arrangements. In addition, a linear relationship between the modulating signal and the frequency deviation is only possible in small areas.

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. Another possibility is to continuously shift the phase of a given signal and thus to achieve a frequency deviation in the sense of a frequency addition or subtraction.

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: As is known, a sinusoidal signal of frequency f 1 is given by the equation S = | S | eJ (2 rflt + f). In the case of a continuous phase change by a certain constant amount per time period, which corresponds to a specific frequency f2, the above equation can be written as follows:

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

S = ISI ei2,lt(fl+fj> S = ISI ei2, lt (fl + fj>

Aus dieser letzten Gleichung ist ersichtlich, dass eine kontinuierliche Phasenverschiebung einer Frequenzaddition oder -Subtraktion gleichgesetzt werden kann. From this last equation it can be seen that a continuous phase shift can be equated to a frequency addition or subtraction.

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. DE-AS 1 037 529 describes a method and an arrangement for phase modulation above or below 2% and for frequency modulation. In this method, the input signal is fed to a modulator via a control unit, the output voltage of which increases or decreases proportionally with the input signal up to a value which causes a phase deviation of +% or - 7t in the connected phase modulator, whereby if the corresponding value of the input voltage is exceeded, the Output voltage of the control unit jumps back or forward to a value which corresponds to a phase deviation of 2 7 t in the connected phase modulator, and the jump in the output voltage of the control unit is repeated each time the input voltage exceeds values which are multiples of 2 in the phase modulator correspond to n. However, the jump in the modulator voltage leads to a discontinuity in the output signal, which has a greater effect the greater the frequency deviation. In addition, the required phase modulator, which causes a phase shift of 360 °, requires a relatively large amount of circuitry.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie im Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, mit The invention seeks to remedy this. The invention, as characterized in claim 1, solves the problem with

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

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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- a modulation signal m 1 is converted with the least possible outlay on circuitry (FIG. 4b). To generate the second signal whose frequency is the sum or the Dif input signal e2 is e.g. sinusoidal (Fig. 4a). The triangular modulation signal ml is spoken by the difference between the frequencies of two predetermined signals N. predistorted in such a way that the phase shift of the phase

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 In the following, the invention will be as linear as possible with reference to a drawing 5 slider PI, P2. According to this, for example, explained in more detail. They show: triangular modulation signal ml becomes the phase position

Fig. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung, des ersten Eingangssignals el im ersten Phasenschieber PI in Fig. 1 is a block diagram of the entire arrangement, the first input signal el in the first phase shifter 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. 2 shows an embodiment of two phase shifters of one of the first period halves of the second input signal e2 from such an arrangement, - 71/2 to + n! 2 and in its second period halves from +

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. 3 shows an embodiment of a 10 71/2 moved in the arrangement to - n / 2. The modulation signal ml is the second phase shifter P2 reversible, electronic switch via a first reversing stage 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 4 shows the course of signals occurring in the circuit inverted. The inverted modulation signal m2 len and phase relationships. modulates the phase of the first input signal el in the second

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- In the circuit arrangement according to FIG. 1 there is a point El with a phase shifter P2. In the first period halves of the second, the input of a first phase shifter PI and the input 15 input signal e2, the phase position from 3-n / 2 to 71/2, in gear of a second phase shifter P2, is connected. The two halves of the period shifted from nl2 to 3 • n / 2, gears of the two phase shifters PI, P2 each lead via one. The influence of the diode network N is left unchanged.

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. If electronic switches S1 and S2 view a common one, the time profile of the phase position tpl corresponds to point A3, which is connected to a point A4 via the series connection of a limiter L or <p2 of the first input signal el at the outputs of and a bandpass filter F. . A 20-phase shifter PI or P2, exactly the oscillogram of point E2, is a modulation signal ml or m2 via the series connection of a waveform converter.

W und eines Diodennetzwerkes N einerseits direkt mit einem Fig. 4b bzw. 4c zeigt infolgedessen sowohl den Verlauf der W and a diode network N on the one hand directly with a Fig. 4b and 4c consequently shows both the course of the

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. Modulation input Ml of the first phase shifter PI and phase position <pl or <p2 of the signal el at the output of the phase, on the other hand, via a first reversing stage 11 with a modulator shifter PI or P2, and also the profile of the modulation signal input M2 of the second phase shifter P2 connected. 25 nals ml or 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 Furthermore, the point E2 is still above the series circuit mentioned. From the modulation signal ml, a difference is connected to a differentiating element DI, from which a second decorative element DI derives a switching signal S1. The differentiating reversal stage 12 is connected downstream. link DI supplies a positive or negative switching voltage, each

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 In one position, a changeover switch U connects the whether the modulation signal ml has a positive or a gear of the differentiating element DI on the one hand to the control 30 negative slope. The resulting switching signal S1 circuit Cl of the first switch S1 and on the other hand has a rectangular shape (FIG. 4d). The switching signal

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. Reverse stage 12 with the control connection C2 of the second switching S2 (FIG. 4e) is derived by the second reversing stage 12 from the ter S2, in the other position the output of the differentiating first switching signal S1.

gliedes DI einerseits mit dem Steueranschluss C2 des zweiten Während den ersten Periodenhälften des Modulationssig- link DI on the one hand with the control connection C2 of the second during the first half of the period of the modulation signal

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- Switch S2 and on the other hand via the reversing stage 12 with the 35 nals ml, the first switch S1 in FIG. with the output AI of the first phase shifter PI, on which

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 FIG. 2 shows a possible embodiment for the two phases in this period, the phase angle <pl of the first one slide PI and P2. They are shifted with a common input signal el from - 71/2 to + n / 2. During the construction of the transmitter TR, the center of the secondary side is connected to the second period halves of the modulation signal m2 or tapped to a reference potential. In the first phase of the second input signal e2, the second switch slide PI connects the one secondary transmitter terminal S2, the point A3 to the output A2 of the second phase T1 via the series circuit of a capacitor C1, a Kapa slide P2, on which in this Period of the phase winnowing diode Dl, an inductor LI and a resistor kel (p2 of the first input signal e 1 von7t / 2nach3- 7t / 2ver-R1 is shifted with the other secondary transformer terminal T2. Since the phase angle - ti / 2 with the phase win- In the second phase shifter P2, the secondary 45 kel 3- n / 2 is identical and the phase in the following period side transformer terminal T2 can be shifted again from - n / 2 to 3 * n / 2 via the series connection Point capacitor C2, a capacitance diode D2, an inductor A3, a signal of the frequency fl are taken, the Pha-L2 and a resistor R2 with the other secondary side angle continuously I am increasing (cf. Fig. 4f). gen connected to transformer terminal T1. The output AI or by pressing the switch U causes

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- A2 of the two phase shifters PI, P2 lies between the 50 the switching signal sl at the control connection of the second switch resistor Rl or R2 and the inductance LI or L2. S2 and the switching signal s2 at the control connection of the first switching

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. 3 shows an embodiment of the electronic switch S1. As a result, S1 and S2 during the first periods. It consists essentially of two diodes D3 halves of the second input signal e2, the second switches S2 and D4, the anodes of which are connected together. The cathode and during the second half of the period the first switch of the one diode D3 forms the input and the cathode of the 55 S1 is closed. At point A3, a signal of frequency f 1 other diode D4 can output the switch. The connections are removed, the phase angle of which continuously serves to reduce parts of the anodes of the two diodes D3 and D4, which decreases.

Steueranschluss Cl bzw. C2. Das am Punkt A3 auftretende Signal wird einem Begrenzer Control connection Cl or C2. The signal appearing at point A3 becomes a limiter

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 funktioniert fol- L zugeführt, der gegebenenfalls eine Restamplitudenmodula- The circuit arrangement according to FIG. 1 functions as supplied, which may have a residual amplitude module.

gendermassen: 6o tion eliminiert. Das nachfolgende Bandfilter F ermöglicht den in the same way: 6o tion eliminated. The following band filter F enables the

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. The input El is e.g. sinusoidal passage of the fundamental frequency and suppresses the frequency fl applied to the input signal el. Signals with higher harmonic E2 arising at the input limiter L are frequencies a second input signal e2 of the frequency f2.

legt, welches nötigenfalls im Wandler W in ein dreieckförmiges which, if necessary, converts it into a triangular one in converter W

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

631844 PATENT CLAIMS

1. A circuit arrangement for generating an electrical signal with a frequency corresponding to the sum or difference of the frequencies of two predetermined signals, characterized in that a first variable phase shifter (PI) acted upon by the first signal (el) is provided, which has the phase position of this first Signals (el) corresponding to a triangular-shaped modulation signal (ml) derived from the second signal (e2) with the same frequency as the second signal (e2) in its first period halves from - tc / 2 to + ji / 2 and in its second period halves shifts from + 71/2 to - 71/2 in such a way that a second phase shifter (P2), which is also acted on by the first signal (el), is provided which detects the phase position of the first signal (el) in accordance with the inverted triangular modulation signal (m2) in whose first period halves shifts from 3 * 7t / 2 to% I2 and in its second period halves from nl2 to 3 * tt / 2, and that the outputs (AI, A2) of in the phase shifters (PI, P2) are each connected to a point (A3) via a switch (SI), S2), the first switch (S1) only being formed during the first, the second (S2 ), however, only during the second period halves of the second signal (e2) and, in the case of frequency difference formation, the first switch (S 1) only during the second, the second switch (S2) only during the first period halves of the second signal (e2 ) is closed, so that an output signal (a3) with a frequency corresponding to the sum or the difference of the frequencies of the two signals (el, e2) can be obtained at point (A3).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two phase shifters (PI, P2) from a common, on the primary side with the first signal (el) acted upon transformer (TR) with the central tap connected to a reference potential secondary winding, one of which Connection (T2) on the one hand via the series connection of a first resistor (Rl), a first inductance (LI), a first capacitance diode (Dl) and a first capacitor (Cl) and on the other hand via the series connection of a second capacitor (C2), a second capacitance diode (D2), a second inductance (L2) and a second resistor (R2) is connected to the other connection (Tl), the two outputs (AI, A2) of the two phase shifters (A1, A2) led to the switches (S 1, S2) PI, P2) are the connection points between these resistors (Rl or R2) and these inductors (LI or L2) and the supply of the modulation signals (ml, m2) via resistors e (R3 or R4) to the cathodes of the capacitance diodes (Dl, D2).

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the switches (SI, S2) are each composed of two diodes (D3, D4), the anodes of which are connected together, the cathode of one diode (D3) being the input and the cathode of the another diode (D4) forms the output of the switch, and that a resistor (R5) connected to the anodes of the two diodes (D3, D4) is provided, via which a square-wave signal (s) serving to actuate the switch with the same frequency as that second signal (e2) is supplied.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the square-wave signal (s) is obtained by a differentiating element (DI) from the modulation signal (ml).

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in order to suppress a residual amplitude modulation of the output signal at the common point (A3), a limiter circuit (L) with a downstream band filter (F) is connected.

6. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a triangular modulation signal (ml, m2) predistortion diode network (N) is provided to compensate for the non-linearities of the phase shifters (PI, P2).