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Die Erfindung betrifft einen Taktsignalgenerator zur Erzeugung eines Referenzsignals und eines Taktsignals, ein System mit einem erfindungsgemäßen Taktsignalgenerator sowie ein Verfahren zum Synchronisieren mehrerer Teilnehmer eines Systems.
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Systeme mit mehreren Mikrowellensignalgeneratoren, insbesondere Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodulen, wobei die Generatoren und/oder Module gemeinsam an eine Last angeschlossen sind, bereiten oft Probleme. Es entstehen häufig Interferenzen in der Last, die schwer kontrollierbar und schwer reproduzierbar sind.
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Mit Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodul ist hier ein elektronischer Verstärker gemeint, der geeignet ist, ein Mikrowellensignal niedriger Leistung in ein Mikrowellensignal größerer Leistung zu verstärken. Dabei weist er als verstärkendes Element einen Festkörper (Solid State) auf, insbesondere einen Halbleiter-Festkörper, z.B. einen Transistor. Der Transistor kann z.B. ein HEMT, ein MOSFET oder LDMOS-Transistor oder ein Transistor basierend auf GaN oder SiC sein. Mit dieser Terminologie setzt man sich in der Mikrowellentechnologie von herkömmlichen nicht Festkörperbasierten Verstärkertypen ab, z.B. Röhren- und/oder Magnetron-Verstärkern, die deutlich unpräziser in Leistung und Frequenz zu steuern sind und einen hohen Verschleiß aufweisen. Solche Mikrowellenfestkörperleistungsverstärker sind z.B. in
US 9,595,930 B2 oder
US 11,222,770 B2 als ,solid-state microwave power amplifier' oder ,solid-state microwave power generator' beschrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, Interferenzen in einer Last besser kontrollierbar und reproduzierbar zu machen.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Taktsignalgenerator zur Erzeugung eines Referenzsignals und eines Taktsignals für mehrere Mikrowellensignalgeneratoren, insbesondere Mikrowellenfestkörperleistungsverstärkermodule, wobei der Taktsignalgenerator aufweist:
- a. Einen Referenz-Signalgenerator zur Erzeugung des Referenzsignals mit einer Referenz-Frequenz, insbesondere im Bereich von 1 MHz bis 50 MHz, vorzugsweise von 30 MHz,
- b. Eine Frequenzteileranordnung, dergestalt angeschlossen an den Referenz-Signalgenerator, dass der Frequenzteileranordnung das Referenzsignal zugeführt werden kann, und die konfiguriert ist, aus dem Referenzsignal das Taktsignal mit einer Taktsignal-Frequenz zu erzeugen, die geringer ist als die Referenz-Frequenz,
- c. zumindest einen Signalausgang, an dem das Referenzsignal und/oder das Taktsignal ausgegeben wird.
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Aus dem Referenzsignal mit der Referenzfrequenz kann ein phasengekoppeltes Taktsignal mit deutlich kleinerer Taktsignal-Frequenz abgeleitet werden. Das Taktsignal kann zur Synchronisierung von dem Taktsignalgenerator nachgeschalteten Systemteilnehmern verwendet werden. Mit dem durch den Signalgenerator erzeugten Referenzsignal können die Systemteilnehmer beispielsweise Mikrowellensignale gleicher Frequenz erzeugen. Somit ist es möglich, in den Systemteilnehmern Signale zu erzeugen, die in Frequenz, Zeit und Phase fest und reproduzierbar synchronisiert sind. In den Systemteilnehmern können Offsets für jeden Parameter festgelegt werden.
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Mit Mikrowellensignal, abgekürzt auch MW-Signal, ist hier ein Signal mit einer Frequenz von 300 MHz bis 20 GHz gemeint.
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Mit Mikrowellensignalgenerator ist ein Signalgenerator gemeint, der ausgelegt ist, ein solches MW-Signal zu erzeugen.
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Mit gepulstem Mikrowellensignal ist hier ein Mikrowellensignal gemeint, das gepulst ist. Die Pulse können dabei sehr kurz sein. Mit „sehr kurz“ sind hier Pulse im Bereich von 10 ns bis 500 ns gemeint. Die Pulse können insbesondere im Bereich von 10 ns bis 40 ns, vorzugsweise im Bereich von 15 ns bis 30 ns, liegen. Damit sind die Pulse zeitlich kürzer als die meisten Zeitkonstanten der Rekombination der Ionen mit den Elektronen. Besonders kurze Pulse sind insbesondere für die Erzeugung von „nonequilibrium plasma“ bzw. „non-thermal plasma“ bzw. „cold-plasma“ und alle Prozesse, wo ein solches Plasma eingesetzt wird, wichtig. Diese Plasmaformen zeichnen sich dadurch aus, dass die Elektronen dem Feld folgen können, während die ionisierten Atomkerne den schnellen Feldänderungen nicht folgen können. Das Plasma bleibt ,kalt'. Eine Anforderung dabei ist, dass die Pulse zeitlich kürzer sind als die Zeitkonstante der Rekombination der Ionen mit den Elektronen. Diese Zeitkonstante ist abhängig von vielen Einflussgrößen wie Druck, Temperatur oder von der Elementen-Art der ionisierten Atome selbst.
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Weiterhin kann ein Puls eine Anstiegszeit und/oder Abstiegszeit von ≤ 10 ns aufweisen. Damit weisen die Pulse eine ausreichend starke Intensität auf, die zur Erzeugung des Plasmas notwendig ist.
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Die Pulse können insbesondere mehrstufig sein, also zwischen wenigstens zwei Leistungswerten pulsen, von denen mindestens ein Wert ungleich null ist, wobei insbesondere beide ungleich null sind. Das wird weiter unten noch beschrieben.
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Mit Taktsignal ist hier ein elektrisches Signal gemeint, das einen Takt vorgibt. Der Takt kann eine Frequenz im Bereich von 1 kHz bis 500 kHz, insbesondere im Bereich von 1 kHz bis 50 kHz, besonders bevorzugt im Bereich von 10 kHz aufweisen. Das Taktsignal kann unterschiedliche Formen aufweisen, es kann z.B. sinusförmig oder rechteckförmig sein. Es kann pulsweitenmodulierbar sein.
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Mit Signalgenerator ist hier ein Bauelement gemeint, das ausgelegt ist, ein vorgegebenes, insbesondere einstellbares elektrisches Signal auszugeben. Dies kann unterschiedliche Formen aufweisen, es kann z.B. sinusförmig oder rechteckförmig sein. Es kann pulsweitenmodulierbar sein.
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Mit einer Frequenzteileranordnung ist hier eine Anordnung gemeint, die ausgelegt ist, ein einkommendes Signal zu verarbeiten und an ihrem Ausgang ein Signal auszugeben, das eine geringere Frequenz, insbesondere eine um einen vorgebbaren Teiler geringere Frequenz aufweist.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Referenzsignal und das Taktsignal an demselben Signalausgang ausgegeben werden. Dadurch können beide Signale auf einer gemeinsamen Leitung übertragen und an alle Systemteilnehmer verteilt werden.
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Zwischen dem Referenz-Signalgenerator und dem Signalausgang kann ein erster Filter, insbesondere ein Bandpassfilter, vorgesehen sein. Durch den Bandpassfilter können Störungen vermindert werden, die von externen Signalen oder anderen Signalen des Taktsignalgenerators an den Signalgenerator gelangen. Mit Filter sind hier elektrische, zumeist passive, Schaltungen bezeichnet, die ein elektrisches Signal abhängig von der Frequenz in der Amplitude und in der Phasenlage verändert. Dadurch können unerwünschte Signalanteile abgeschwächt oder unterdrückt werden. Mit Bandpassfilter wird hier ein Filter bezeichnet, der ein elektrisches Signal oberhalb und unterhalb eines als Frequenz-Band bezeichneten Frequenz-Bereichs abschwächt.
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Zwischen der Frequenzteileranordnung und dem Signalausgang kann ein zweiter Filter, insbesondere ein Tiefpassfilter, vorgesehen sein. Durch den zweiten Filter kann verhindert werden, dass störende Signale von extern oder andere Signale des Taktsignalgenerators zur Frequenzteileranordnung gelangen. Mit Tiefpassfilter wird hier ein Filter bezeichnet, der ein elektrisches Signal oberhalb einer vorgegebenen Frequenz abschwächt.
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Eine besonders einfache Ausgestaltung des Referenz-Signalgenerators ergibt sich, wenn dieser als Oszillator ausgebildet ist oder einen solchen aufweist.
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Die Frequenzteileranordnung kann mehrere kaskadierte Frequenzteiler aufweisen. Somit kann ein Taktsignal generiert werden, welches eine signifikant geringere Taktsignal-Frequenz aufweist als das Referenzsignal. Die Taktsignal-Frequenz kann um mehr als den Faktor 10, vorzugsweise mehr als den Faktor 100, insbesondere mehr als den Faktor 1000 kleiner sein als die Referenz-Frequenz.
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Insbesondere kann die Taktsignal-Frequenz so weit runtergeteilt werden, bis die Taktsignal-Periodendauer deutlich größer ist als der größte mögliche Jitter oder Zeitversatz in der digitalen Kommunikation in dem System mit mehreren Teilnehmern. Der Zeitversatz in Echtzeit Kommunikationssystemen kann noch unter Nanosekunden liegen. In anderen Kommunikationssystemen kann der Zeitversatz auch mehrere Sekunden betragen.
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Vorteilhafterweise kann die Frequenzteileranordnung einen einstellbaren Frequenzteiler aufweisen. Somit kann die Taktsignal-Frequenz eingestellt werden und muss nicht fest vorgegeben sein.
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Es kann ein Träger-Signalgenerator vorgesehen sein, der konfiguriert ist, ein Träger-Signal mit einer Träger-Frequenz zu erzeugen, die höher ist als die Referenz-Frequenz, wobei ein Modulator vorgesehen ist, dem das Taktsignal und das Signal mit der Träger-Frequenz zugeführt ist und der konfiguriert ist, das Signal der Träger-Frequenz mit dem Taktsignal zu modulieren.
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Der Begriff Modulation beschreibt hier einen Vorgang, bei dem ein zu übertragendes Nutzsignal einen sogenannten Träger verändert, oder anders gesagt: moduliert. Dadurch wird eine hochfrequente Übertragung des niederfrequenten Nutzsignals ermöglicht. Das Sendesignal belegt im Bereich der Trägerfrequenz eine vom Nutzsignal abhängige Bandbreite. Die Nachricht wird empfangsseitig durch einen Demodulator wieder zurückgewonnen.
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Dieses modulierte Signal kann am Signalausgang ausgegeben werden. Das modulierte Signal enthält eine Frequenz- und Zeitinformation. Das modulierte Signal kann in den Systemteilnehmern demoduliert werden, sodass wiederum das Taktsignal zur Verfügung steht. Dadurch, dass das Taktsignal aus dem Referenzsignal generiert wurde, besteht eine feste Phasenbeziehung zwischen dem Referenzsignal und dem Taktsignal. Somit können Systemteilnehmer, insbesondere solche, die als Festkörperleistungsgeneratoren ausgebildet sind, die das Taktsignal und das Referenzsignal empfangen, Mikrowellensignale mit reproduzierbar fester Phasenbeziehung zueinander erzeugen.
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Zwischen dem Modulator und dem Signalausgang kann ein Filter, insbesondere ein Hochpassfilter, vorgesehen sein. Störungen des Modulators durch externe Signale oder andere Signale des Taktsignalgenerators können so vermindert werden. Mit Hochpassfilter wird hier ein Filter bezeichnet, der ein elektrisches Signal unterhalb einer vorgegebenen Frequenz abschwächt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System mit einem erfindungsgemäßen Taktsignalgenerator, wobei der Taktsignalgenerator mit einem Splitter verbunden ist, der wiederum mit mehreren Systemteilnehmern verbunden ist und den Systemteilnehmern ein Ausgangssignal des Taktsignalgenerators zuführt. Mit Splitter wird hier eine elektronische, zumeist passive, Schaltungskomponente bezeichnet, die eingerichtet ist, ein Signal auf mehrere Ausgänge zu verteilen. Insbesondere kann den Systemteilnehmern sowohl das Referenzsignal als auch das Taktsignal zugeführt werden. Systemteilnehmer können beispielsweise Mikrowellenfestkörpergeneratoren der gleichen oder unterschiedlicher Leistungsklasse sein und/oder des gleichen oder unterschiedlichen Frequenzbereichs sein. Es sind jedoch auch weitere Systemteilnehmer denkbar, wie beispielsweise Messmittel oder eine Kamera. Sämtliche Systemteilnehmer können durch das Taktsignal synchronisiert werden.
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Zumindest ein Systemteilnehmer kann einen Mikrowellensignalgenerator aufweisen, dem das Referenzsignal zugeführt ist. Der Mikrowellensignalgenerator kann beispielsweise gestützt auf das Referenzsignal ein Signal mit einer höheren Frequenz generieren. Beispielsweise kann aus einem Referenzsignal mit 30 MHz ein Mikrowellensignal mit einer Frequenz von 2.400 MHz -2.500 MHz erzeugt werden.
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Zumindest ein Systemteilnehmer kann eine Synchronisierschaltung aufweisen, der das Taktsignal zugeführt ist. Die Synchronisierschaltung kann wiederum einen Mikrowellensignalgenerator, dem das Referenzsignal zugeführt ist, ansteuern. Eine solche Anordnung kann in mehreren Systemteilnehmern vorgesehen sein, sodass durch mehrere Systemteilnehmer Mikrowellensignale generiert werden können, die in Zeit, Phase und Frequenz synchronisiert sind. Mit Synchronisierschaltung wird hier eine elektronische Schaltungskomponente bezeichnet, die eingerichtet ist, mehrere Signale zu synchronisieren. Dazu sind eine Vielzahl von elektrischen Schaltkreisen bekannt, die zumeist einen triggerbaren Taktsignalerzeuger aufweisen.
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Der Mikrowellensignalgenerator kann eine Phasenregelschleife, auch Phase-Locked-Loop (PLL) genannt, aufweisen, wobei die Synchronisierschaltung mit der Phasenregelschleife verbunden ist.
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Der Mikrowellensignalgenerator kann einen Oszillator aufweisen. So kann auch ohne Synchronisierung ein MW-Signal erzeugt werden.
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Das Ausgangssignal der Synchronisierschaltung kann mehreren Komponenten des Systemteilnehmers zugeführt sein. Beispielsweise kann die Synchronisierschaltung mit einem Modul verbunden sein, dem ebenfalls das durch den Mikrowellensignalgenerator erzeugte Mikrowellensignal zugeführt ist. Durch das Modul kann ein gepulstes Mikrowellensignal erzeugt werden. Insbesondere kann ein mehrstufiges gepulstes Mikrowellensignal erzeugt werden.
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Insbesondere werden dadurch die Pulse oder Leistungsänderungen aller Generatoren im System zeitlich synchronisiert.
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Es kann auch dem MW-Signal erzeugenden Modul zugeführt werden und so einen zeitsynchronen Frequenzwechsel aller im System teilnehmender Generatoren ermöglichen.
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In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zum Synchronisieren mehrerer Teilnehmer eines Systems, bei dem
- a. ein Referenzsignal erzeugt wird,
- b. ein mit dem Referenzsignal in Beziehung stehendes Taktsignal erzeugt wird,
- c. zumindest das Taktsignal mehreren Systemteilnehmern zugeführt wird.
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Somit können mehrere Systemteilnehmer über das Taktsignal synchronisiert werden. Weiterhin kann das Referenzsignal mehreren Systemteilnehmern zugeführt werden. Wenn es sich bei den Systemteilnehmern um Mikrowellenfestkörperleistungsgeneratoren handelt, kann die Referenzfrequenz zur Generierung von Mikrowellenfrequenzen verwendet werden. Das Taktsignal kann zeitkritische Funktionen synchronisieren, wen die Befehle oder Informationen zum Ausführen der Funktionen mit Zeitversatz bei den Systemteilnehmern ankommen. Durch das Taktsignal kann sichergestellt werden, dass die Befehle synchron ausgeführt werden. Somit sind die Mikrowellensignale zeitsynchron. Beispielsweise können Phasenregelschleifen in allen Mikrowellenfestkörperleistungsgeneratoren zeitsynchron angesteuert werden.
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Insbesondere durch die feste Phasenbeziehung zwischen Referenzsignal und Taktsignal können so mehrere Mikrowellenfestkörperleistungsgeneratoren Mikrowellensignale mit reproduzierbar fester Phasenbeziehung erzeugen.
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Es kann überprüft werden, ob ein Systemteilnehmer neu gestartet oder hinzugefügt wurde. Ist dies der Fall, kann eine Synchronisierung durchgeführt werden.
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Das Taktsignal kann mittels Frequenzteilung aus dem Referenzsignal erzeugt werden. Dadurch sind Taktsignal und Referenzsignal phasensynchron.
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Wie bereits erwähnt, kann in zumindest zwei Systemteilnehmern basierend auf dem Referenzsignal und dem Taktsignal ein Signal mit einer höheren Frequenz als der Frequenz des Referenzsignals erzeugt werden. Insbesondere können auf diese Art und Weise synchrone Signale erzeugt werden.
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Einzelne Systemteilnehmer können ihre Leistungen konstruktiv addieren. Das Systemdesign wird dadurch einfacher, da Standardmodule verwendet werden können. Leistungserzeugung kann da erfolgen, wo sie gebraucht wird und Energietransport-Verluste und Energieleitungen sowie Leistungsteiler können eingespart werden. Verteilte Systeme mit zahlreichen kleinen verteilten Modulen sind möglich.
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Durch die fest reproduzierbare Phasenbeziehung sind fast beliebige Interferenzmuster möglich. Pulsweitenmodulation mit sehr schnellen Pulsen ist möglich.
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Durch die Synchronisierung mehrerer Systemteilnehmer können die Systemteilnehmer in weitem räumlichen Abstand aufgestellt werden. Die Hochfrequenz wird hierbei aus einer gemeinsamen niederfrequenten Referenzfrequenz erzeugt. Dadurch ist es nicht erforderlich, die hochfrequenten Signale zu verteilen. Die Verwendung verlustarmer und damit teurer Kabelverbindungen und Baugruppen zur Signalaufteilung ist daher nicht nötig. Niederfrequente Signale haben weniger Kabelverluste und sind leicht zu handhaben. Dämpfungsverluste haben keinen Einfluss auf die Ausgangsleistung. Längenunterschiede in der Verkabelung haben weniger Einfluss. Es ist möglich, Festkörperleistungsgeneratoren bei verschiedenen Frequenzen zu synchronisieren. Diese können mit weiteren Geräten synchronisiert werden. Abstrahlung und Einstrahlung in die Kabel ist weniger kritisch.
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Die Anzahl der verwendeten Festkörperleistungsgeneratoren ist einfach skalierbar. Durch die Phasensynchronisierung ist eine langwierige Abstimmung der einzelnen Baugruppen nicht erforderlich bzw. nur einmalig bei der Installation. Damit ergibt sich eine Zeitersparnis sowie eine genauere, reproduzierbare Ansteuerung in der Zielanwendung und damit eine Leistungsersparnis.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Taktsignalgenerators;
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Taktsignalgenerators;
- 3 ein System mit mehreren Systemteilnehmern;
- 4 eine Darstellung eines Systemteilnehmers.
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Die 1 zeigt einen Taktsignalgenerator 10, der einen Signalgenerator 12 aufweist. Der Signalgenerator 12 kann ausgebildet sein, ein Referenzsignal 144 zu erzeugen. Der Signalgenerator 12 kann einen Oszillator aufweisen oder als solcher ausgebildet sein. Das Referenzsignal 144 wird über einen Filter 14, der insbesondere als Bandpassfilter ausgelegt ist, an den Signalausgang 16 gegeben. Vor dem Filter 14 kann optional zusätzlich ein Trennverstärker 21 vorgesehen sein.
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Ein Referenzsignal 144 kann aber zusätzlich auch über einen Splitter 18 einer Frequenzteileranordnung 20 zugeführt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Frequenzteileranordnung 20 zwei Frequenzteiler 22, 24 auf, die ein festes Frequenzteilungsverhältnis aufweisen. Weiterhin ist in der Kaskade der Frequenzteiler ein einstellbarer Frequenzteiler 26 vorgesehen, bei dem das Frequenzteilungsverhältnis einstellbar ist.
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Das Referenzsignal 144 kann optional, alternativ zu dem Signalgenerator 12, auch durch eine externe Quelle über einen Anschluss 17 der Frequenzteileranordnung 20 und/oder dem Signalausgang 16 zugeführt werden. Über eine, insbesondere steuerbare, Auswahleinheit 19 kann das gewünschte Signal ausgewählt werden, nämlich entweder das Referenzsignal vom Signalgenerator 12 oder das Referenzsignal vom Anschluss 17. Die Auswahleinheit 19 kann als schaltendes Element, insbesondere ein elektronisch ansteuerbarer Halbleiterschalter sein.
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Durch die Frequenzteileranordnung 20 wird ein Taktsignal 142 generiert. In einer ersten Ausführungsform wird das Taktsignal 142 über einen Filter 28, der insbesondere als Tiefpass-Filter ausgelegt ist, an einen Signalausgang 30 gegeben. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Taktsignal 142 ebenfalls über den Filter 28 an den Signalausgang 16 gegeben wird und dort ausgegeben wird, sodass Referenzsignal und Taktsignal auf derselben Signalleitung übertragen werden können. Vor dem Filter 28 kann optional zusätzlich ein Trennverstärker 31 vorgesehen sein.
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Weiterhin kann ein Modulator 32 vorgesehen sein, dem das Taktsignal 142 und ein durch einen Träger- Signalgenerator 34 erzeugtes Träger-Signal zugeführt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Referenz-Signalgenerator 12 das Referenzsignal mit einer Referenz-Frequenz generiert. Das Taktsignal 142 weist eine Taktsignal-Frequenz auf, die niedriger ist als die Referenz-Frequenz. Der Träger-Signalgenerator 34 kann ein Signal erzeugen, welches eine Träger-Frequenz aufweist, die höher ist als die Referenz-Frequenz des Referenzsignals 144. Durch den Modulator 32 kann das Signal des Signalgenerators 34 mit dem Taktsignal moduliert werden. Das modulierte Signal kann ebenfalls über einen Filter 36, der insbesondere als Hochpass-Filter ausgelegt ist, an den Signalausgang 16 und/oder auch an den Signalausgang 30 gegeben werden.
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Vor dem Filter 36 kann optional zusätzlich ein Trennverstärker 33 vorgesehen sein.
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Zwischen dem Träger-Signalgenerator 34 und dem Modulator 32 kann optional zusätzlich ein Trennverstärker 35 vorgesehen sein.
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Die Trennverstärker 21, 31, 33, 35 dienen der Entlastung der vorgeschalteten Signalerzeuger. Sie bieten diesen Signalerzeugern dazu einen hohen Eingangswiderstand und belasten diese nur in geringem Maße. Die den Trennverstärkern 21, 31, 33, 35 nachgeschalteten Komponenten, z.B. die Filter können aber mit einer Signalquelle versorgt werden, die ausreichend Leistung zur Verfügung stellen kann. So können die nachgeschalteten Komponenten selbst deutlich niederohmiger ausgelegt werden, und z.B. besser Filtereigenschaften erzielt werden.
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Die 2 zeigt ein System 100, das den Taktsignalgenerator 10 aufweist. Durch den Taktsignalgenerator 10 werden auf der Leitung 102 das Taktsignal und das Referenzsignal ausgegeben. Das Taktsignal und das Referenzsignal gelangen zu einem Splitter 104, an den mehrere Systemteilnehmer 106, 108, 110, 112 angeschlossen sind. Den Systemteilnehmern 106, 108, 110, 112 wird das Taktsignal 142 und das Referenzsignal 144 durch den Splitter 104 zugeführt. Das Taktsignal 142 wird gegebenenfalls als moduliertes Signal zugeführt.
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Die Systemteilnehmer 106, 108, 110, 112 können an eine gemeinsame Last 114 angeschlossen sein. Beispielsweise können die Systemteilnehmer 106, 108 als Mikrowellenfestkörperleistungsgeneratoren ausgebildet sein, die ein Mikrowellensignal mit einer Frequenz von 2,45 GHz ausgegeben. Der Systemteilnehmer 110 kann beispielsweise als Mikrowellenfestkörperleistungsgenerator ausgebildet sein, der ein Mikrowellensignal mit einer Frequenz von 10 GHz liefert. Der Systemteilnehmer 112 kann als Kamera ausgebildet sein.
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Dadurch, dass den Teilnehmern 106, 108, 110, 112, insbesondere den Teilnehmern 106, 108, 110 sowohl das Taktsignal 142 als auch das Referenzsignal 144 zugeführt sind, können Mikrowellensignale an deren Ausgängen anliegen, die in Frequenz, Phase und Zeit stabil gekoppelt sind. Somit können Interferenzen in der Last 114 reproduziert und kontrolliert werden.
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Die 3 zeigt eine alternative Darstellung des Systems 100, wobei der Systemteilnehmer 106 detailliert dargestellt ist.
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Das Referenzsignal und das Taktsignal werden zunächst einer Frequenzweiche 120 zugeführt. Die Frequenzweiche 120 liefert das Referenzsignal an einen Mikrowellensignalgenerator 122, der auf Basis des Referenzsignals ein Signal mit einer höheren Frequenz generiert.
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Weiterhin liefert die Frequenzweiche 120 das Taktsignal an eine Synchronisierschaltung 124. Sollte das Taktsignal als moduliertes Signal übertragen werden, kann ein optionaler Demodulator 126 vorgesehen sein, in dem das Signal demoduliert wird und das Taktsignal reproduziert wird.
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Die Synchronisierschaltung 124 ist ebenfalls mit dem Mikrowellensignalgenerator 122 verbunden und sorgt dafür, dass das Mikrowellensignal zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, der durch das Taktsignal bestimmt ist, generiert wird. Die Synchronisierschaltung 124 kann weiterhin mit einem Modul 128 verbunden sein, durch das das Mikrowellensignal des Mikrowellensignalgenerators 122 gepulst oder in der Amplitude moduliert werden kann. Gegebenenfalls kann ein mehrstufiges gepulstes Mikrowellensignal erzeugt werden. Das gepulste Mikrowellensignal kann einem Festkörperverstärker 130 zugeführt werden. Eine Ausführungsform eines solchen Moduls zur Erzeugung eines gepulsten Mikrowellenausgangssignals ist beispielsweise in der
DE102022113502.0 Anmeldung mit dem Titel „Modul und Verfahren zur Erzeugung eines gepulsten Mikrowellenausgangssignals“ unter anderem mit dem Referenzzeichen 10 oder 10.1 beschrieben. Auf den Inhalt dieser Patentanmeldung wird per Referenz verwiesen und deren Offenbarung zum ergänzenden Inhalt dieser Anmeldung gemacht.
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Der Mikrowellensignalgenerator 122 und das Modul 128 können durch eine Steuerung, insbesondere eine digitale Steuerung 132, angesteuert sein.
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Der Mikrowellensignalgenerator 122 kann einen Oszillator und eine Phasenregelschleife 123 aufweisen, wobei das Signal der Synchronisierschaltung 124 insbesondere der Phasenregelschleife 123 zugeführt werden kann.
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Die 4 zeigt bei 140 die Situation, bei der die Kommunikation und Steuerbefehle bei verschiedenen Systemteilnehmer nicht miteinander synchronisiert sind, sondern mit einen Jitter oder Zeitversatz ankommen. Mikrowellensignale, die durch die Mikrowellensignalgeneratoren 122 der Systemteilnehmer 106, 108, 110 durch solche zeitversetzten Befehle gestartet werden, sind in der Regel nicht synchron. Mit der Bezugsziffer 142 ist ein Taktsignal bezeichnet, welches durch den Taktsignalgenerator 10 generiert wird. Durch die Ausführung der zeitversetzt ankommenden Befehle zum Zeitpunkt einer ankommenden Flanke des Taktsignales werden die Befehle aller Teilnehmer synchron ausgeführt. Hierzu ist es notwendig, dass der zeitliche Abstand zwischen zwei Flanken des Taktsignals deutlich größer ist als der größte typisch mögliche Jitter in der Kommunikation. So kann für eine Kommunikationsverbindung oder Kommunikationsstandard oder Kommunikationsleitung mit kleinem Jitter ein schnellerer Takt gewählt werden. Es ist zudem möglich für einen schlechten Kommunikationskanal eine kleinere Taktsignal-Frequenz einzustellen. So können alle Generatoren gleichzeitig einen MW-Puls generieren, der sich daraufhin konstruktiv in der Last überlagern kann. Die Bezugsziffer 144 bezeichnet ein Referenzsignal, das durch den Taktsignalgenerator 10 erzeugt wird. Da das Taktsignal 142 basierend auf dem Referenzsignal 144 erzeugt wurde, sind die Signale phasensynchron.
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Die Phasenregelschleife 123 der Mikrowellensignalgeneratoren 122 der unterschiedlichen Systemteilnehmer 106, 108, 110 werden durch das Taktsignal 142 synchronisiert. Dadurch wird sichergestellt, dass die in den Mikrowellensignalgeneratoren 122 erzeugten Signale zum gleichen Zeitpunkt starten und somit eine Kopplung in Frequenz, Phase und Zeit haben. Insbesondere werden die PLLs nicht nur zeitgleich gestartet. Vielmehr werden diese alle und jedes Mal bei der gleichen Referenzsignal-Phase gestartet, weil Takt und Referenz ja phasenstarr sind, denn sie sind voneinander abgeleitet. Somit lässt sich auch das MW Signal reproduzierbar und zuverlässig bei der gleichen Phase starten. So ist das Mikrowellensignal 146 beispielsweise durch den Systemteilnehmern 106 erzeugt und das Mikrowellensignal 148 beispielsweise durch den Systemteilnehmer 108 erzeugt. Die Mikrowellensignale aller Mikrowellenfestkörperleistungsgeneratoren sind frequenzgekoppelt, da sie alle dieselbe Referenzfrequenz verwenden. Die Mikrowellensignale sind phasengleich, da alle Mikrowellensignale gleichzeitig gestartet werden, mit einer Flanke des Taktsignals 142. Die Phasenbeziehung ist immer gleich, da das Taktsignal 142 aus dem Referenzsignal 144 abgeleitet ist und somit phasenfest ist. Damit ist eine reproduzierbare konstruktive Überlagerung von Mikrowellensignalen mehrerer Festkörperleistungsgeneratoren in einer Last möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9595930 B2 [0003]
- US 11222770 B2 [0003]
- DE 1020221135020 [0061]
