DE102022132120B3

DE102022132120B3 - Versatiles HF-Kontrollsystem zur Manipulation optischer Signale, ein optischer Verbund aus einem solchen versatilen HF-Kontrollsystem und einem optischen System und ein Messgerät mit einem solchen optischen Verbund

Info

Publication number: DE102022132120B3
Application number: DE102022132120.7A
Authority: DE
Inventors: Julius Seeger
Original assignee: Dr Seeger Tech & Consulting GmbH; Dr Seeger Technologies & Consulting GmbH
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2022-12-04
Filing date: 2022-12-04
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2042-12-05

Abstract

Ein versatiles HF-Kontrollsystem (1) dient zur Erzeugung eines HF-Signals (2) zur Manipulation optischer Signale (73) oder zur Steuerung von Quantensystemen. Das HF-Signal (2) kann durch das versatile HF-Kontrollsystem (1) in Frequenz, Phase und Amplitude in weiteren Bereichen gemäß einer Benutzervorgabe eingestellt werden. Hierzu gehören auch Modulationen des HF-Signals (2), um die Eigenschaften des HF-Signals (2) beispielsweise einem optischen Signal (73) aufprägen zu können. Das versatile HF-Kontrollsystem (1) kann in einem geregelten Betrieb (erster Betriebsmodus) und in einem statischen (ungeregelten) Betrieb (zweiter Betriebsmodus) betrieben werden. Im geregelten Betrieb können Modulationsfehler auf der (optischen) Übertragungsstrecke (75) kompensiert werden. Im ungeregelten Betrieb können Modulationsfehler in der (optischen) Übertragungsstrecke (75) erkannt werden. Durch den modularen Aufbau können beliebig viele HF-Signale (2) unabhängig voneinander erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein versatiles HF-Kontrollsystem zur Manipulation optischer Signale, einen optischen Verbund aus einem solchen versatilen HF-Kontrollsystem und einem optischen System und ein Messgerät mit einem solchen optischen Verbund.
Es bestehen in vielen Aufbauten zur Untersuchung von Quantenphänomen, Quantensystemen und auch den Betrieb einiger Arten von Quantencomputern, insbesondere solchen, welche mit ultrakalten Atomen oder Ionen realisiert werden, der Bedarf nach arbiträr modulierbaren Signalquellen, um die notwendigen Manipulationen der Quantenzustände vorzunehmen.
Es kommen dabei Signalquellen im HF- und optischen Bereich zum Einsatz. Typischerweise werden optische Signale nicht direkt an der optischen Signalquelle moduliert. Stattdessen werden HF-Signalquellen und unmodulierte, festfrequente optische Quellen verwendet und die HF-Signale auf das optische Signal mittels eines Modulators (akusto-optische Modulatoren, elektro-optische Modulatoren) aufmoduliert.
Durch den komplexen Aufbau solcher Apparaturen werden die Signale typischerweise über längere Signalwege an den Verwendungsort transportiert und sind auf dem Signalweg verschiedenen Effekten unterworfen, welche die Signalintegrität verringern. Beispielsweise schwanken Leistungen der modulierten Signale häufig durch Temperaturschwankungen in den zur Modulation verwendeten kristallinen Medien oder durch thermische Drifteffekte in Faserkopplern, welche genutzt werden, um die optischen Signale in Glasfasern einzukoppeln. Während der Signalpropagation der modulierten Signale in einer Glasfaser wird durch Temperatur- und Druckschwankungen die Phase und Frequenz des Signals durch lineare und nichtlineare Effekte verändert.
Ein nachträglicher Ausgleich oder ein späteres Verrechnen von Modulationsfehlern ist beim Einsatz von modulierten Signalen in Quantenanwendungen nicht möglich, da das Quantensystem bereits mit dem Signal gewechselwirkt hat und aus dem Quantensystem zurück gelesene Informationen korrumpiert sein können.
Daher sind aktive Regelungssysteme notwendig, welche es erlauben, die verschiedenen Modulationsparameter eines einzelnen Signals zu stabilisieren. Dabei ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz, dass die verschiedenen Modulationsparameter typischerweise nur an unterschiedlichen Stellen einer Apparatur vermessen werden können. Zudem ist ein hoher Grad an Flexibilität notwendig, um wechselnde Anforderungen beim Betrieb von quantenbasierten Messapparaturen oder Quantencomputern zu erfüllen.
Ein sehr kompakter Aufbau mit möglichst wenig externen Komponenten ist daher erforderlich, um insbesondere auch die Skalierbarkeit der Quantensysteme für kommerzielle Anwendungen wie dem Quantencomputing voranzutreiben.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung einen sehr kompakten Aufbau mit möglichst wenigen externen Komponenten bereit zu stellen, um die notwendigen modulierbaren Signale erzeugen zu können.
Die Aufgabe wird durch das versatile HF-Kontrollsystem gemäß dem Anspruch 1, sowie durch einen optischen Verbund aus einem versatilen HF-Kontrollsystem und einem optischen System gemäß dem Anspruch 31, sowie durch ein Messgerät mit einem solchen optischen Verbund gemäß dem Anspruch 35 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 30 enthalten Weiterbildungen des versatilen HF-Kontrollsystems. Die Ansprüche 32 bis 34 enthalten Weiterbildungen des optischen Verbunds.
Diese Erfindung stellt insbesondere eine Lösung dar, wie ein arbiträr modulierbares Signal (und auch mehrere zueinander) in allen seinen Modulationsparametern gezielt eingestellt werden kann und zudem auch durch voneinander unabhängige Regelschleifen stabilisiert werden kann. Die beschriebene Anordnung mit möglichst wenigen erforderlichen externen Schnittstellen ermöglicht dem Anwender eine flexible und leicht skalierbare Lösung, die Signalintegrität in komplexen Quantensystemen und deren Steuerungsarchitekturen zu gewährleisten.
Das erfindungsgemäße versatile HF-Kontrollsystem umfasst ein zentrales Steuerungsmodul und zumindest eine Modulgruppe. Die zumindest eine Modulgruppe kann zur Erzeugung eines HF-Signals, welches zur Manipulation optischer Signale insbesondere zur Steuerung von Quantensystemen dienen kann. Die zumindest eine Modulgruppe umfasst ein HF-Erzeugungsmodul, ein Referenzsignalerzeugungsmodul und ein Regelmodul.
Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um Parameter für das zu erzeugende HF-Signal der zumindest einen Modulgruppe zu empfangen. Bei diesen Parametern kann es sich insbesondere um Vorgaben für die Frequenz, die Phase und/oder die Amplitude des zu erzeugenden HF-Signals handeln. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um anhand der empfangenen Parameter Stellgrößen für das HF-Erzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe zu erzeugen und an das HF-Erzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe zu übertragen. Bei der Stellgröße kann es sich beispielsweise um ein Frequenzwort für einen DDS handeln. Das zentrale Steuerungsmodul ist weiterhin dazu ausgebildet, um anhand der empfangenen Parameter Stellgrößen für das Referenzsignalerzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe zu erzeugen und an das Referenzsignalerzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe zu übertragen. Bei der Stellgröße kann es sich in diesem Fall beispielsweise um einen zeitlichen Verlauf einer Wellenform, insbesondere für einen AWG (engl. arbitrary waveform generator) handeln.
Das HF-Erzeugungsmodul ist dazu ausgebildet, um anhand der zumindest einen empfangenen Stellgröße ein erstes Phasenreferenzsignal und ein Trägersignal zu erzeugen und das erste Phasenreferenzsignal an das Regelmodul zu übertragen. Das Trägersignal ist vorzugsweise ein sinusförmiges Signal. Das erste Phasenreferenzsignal ist vorzugsweise ein sinusförmiges Signal. Das Referenzsignalerzeugungsmodul ist dazu ausgebildet, um anhand der zumindest einen empfangenen Stellgröße ein zweites Phasenreferenzsignal und ein Amplitudenreferenzsignal zu erzeugen und an das Regelmodul zu übertragen.
Das Regelmodul umfasst eine Phasenmanipulationsvorrichtung und eine Amplitudenmanipulationsvorrichtung. Die Phasenmanipulationsvorrichtung umfasst eine Phasendetektionseinheit und eine Phasenregelungseinheit. Die Phasendetektionseinheit ist dazu ausgebildet, um das erste Phasenreferenzsignal und ein gemessenes Phasensignal zu empfangen und aus diesen Signalen eine Phasendifferenz zu bilden und als Phasendifferenzsignal an die Phasenregelungseinheit zu übertragen. Ein solches „Übertragen“ findet in einem ersten Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit statt, der nachfolgend erläutert wird. Ein solches „Übertragen“ ist in einem zweiten Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit optional. Das gemessene Phasensignal kann beispielsweise mittels einer Photodiode aus einem optischen Phasendetektionsaufbau stammen. In diesem Fall ist das gemessene Phasensignal ein elektrisches Signal, welches die Phaseninformation des optischen Signals enthält.
Es ist weiterhin eine Phasenstelleinheit vorgesehen. Die Phasenregelungseinheit ist dazu ausgebildet, um in einem ersten Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit das Phasendifferenzsignal und das zweite Phasenreferenzsignal zu empfangen und daraus ein Phasenstellsignal zu erzeugen und das Phasenstellsignal an die Phasenstelleinheit zu übertragen. Im ersten Betriebsmodus arbeitet die Phasenregelungseinheit daher in einem geregelten Betrieb, um eine (z.B. über die Photodiode) detektierte Phasenabweichung zu minimieren. Die Phasenregelungseinheit ist auch dazu ausgebildet, um in einem zweiten Betriebsmodus ein einstellbares und vom Phasendifferenzsignal unabhängiges Phasenstellsignal an die Phasenstelleinheit zu übertragen. Die Phasenregelungseinheit arbeitet im zweiten Betriebsmodus in einem ungeregelten Betrieb. In diesem Fall kann ein konstanter Wert für das Phasenstellsignal vorgegeben werden, um beispielsweise Schwankungen einer optischen Übertragungsstrecke beobachten zu können. Bevorzugt kann der jeweilige erste oder zweite Betriebsmodus durch einen Benutzer über das zentrale Steuerungsmodul ausgewählt werden. Wird ein Phasenstellsignal eingestellt, so kann dieser Wert und optional ein zeitlicher Verlauf dieses Werts bevorzugt durch den Benutzer über das zentrale Steuerungsmodul vorgegeben werden.
Es ist eine Amplitudenstelleinheit vorgesehen. Die Amplitudenregelungseinheit ist dazu ausgebildet, um in einem ersten Betriebsmodus der Amplitudenregelungseinheit das Amplitudenreferenzsignal und ein gemessenes Amplitudensignal zu empfangen und daraus ein Amplitudenstellsignal zu erzeugen und das Amplitudenstellsignal an die Amplitudenstelleinheit zu übertragen. Das gemessene Amplitudensignal kann beispielsweise gewonnen werden, indem mittels einer Photodiode eine optische Leistung bestimmt wird. In diesem Fall ist das gemessene Amplitudensignal ein elektrisches Signal, welches die Intensitätsinformation des optischen Signals enthält. Im ersten Betriebsmodus arbeitet die Amplitudenregelungseinheit daher in einem geregelten Betrieb, um eine (z.B. über die Photodiode) detektierte Intensitätsabweichung zu minimieren. Die Amplitudenregelungseinheit ist auch dazu ausgebildet, um in einem zweiten Betriebsmodus ein einstellbares und vom gemessenen Amplitudensignal unabhängiges Amplitudenstellsignal an die Amplitudenstelleinheit zu übertragen. In diesem Fall liegt ein ungeregelter Betrieb vor. In diesem Fall kann ein konstanter Wert für das Amplitudenstellsignal vorgegeben werden, um beispielsweise Intensitätsschwankungen einer optischen Übertragungsstrecke beobachten zu können. Wird ein Amplitudenstellsignal eingestellt, so kann dieser Wert und optional ein zeitlicher Verlauf dieses Werts bevorzugt durch den Benutzer über das zentrale Steuerungsmodul vorgegeben werden. Bevorzugt kann der jeweilige erste oder zweite Betriebsmodus durch einen Benutzer über das zentrale Steuerungsmodul ausgewählt werden.
Es ist problemlos möglich, dass der erste oder zweite Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit unabhängig von dem ersten oder zweiten Betriebsmodus der Amplitudenregelungseinheit ausgewählt werden kann. Selbiges gilt auch für den ersten oder zweiten Betriebsmodus der Amplitudenregelungseinheit, welcher unabhängig von dem ausgewählten ersten oder zweiten Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit ausgewählt werden kann.
Die Phasenstelleinheit ist dazu ausgebildet, um das Trägersignal und das Phasenstellsignal zu empfangen und daraus ein phasenmanipuliertes Trägersignal zu erzeugen und das phasenmanipulierte Trägersignal der Amplitudenstelleinheit zu übertragen. Das Trägersignal wird unter Zuhilfenahme des Phasenstellsignals manipuliert. Die Amplitudenstelleinheit ist dazu ausgebildet, um das phasenmanipulierte Trägersignal und das Amplitudenstellsignal zu empfangen und daraus das HF-Signals zu erzeugen und auszugeben. Dieses HF-Signal wird bevorzugt zur Manipulation, insbesondere zur Änderung einer Frequenz, Phase und/oder Amplitude eines elektromagnetischen Signals, also insbesondere eines optischen Signals, verwendet. Das HF-Signal ist dabei phasen- und amplitudenmoduliert (falls eine entsprechende Modulation aktiviert ist).
Alternativ ist die Amplitudenstelleinheit dazu ausgebildet, um das Trägersignal und das Amplitudenstellsignal zu empfangen und daraus ein amplitudenmanipuliertes Trägersignal zu erzeugen und das amplitudenmanipulierte Trägersignal der Phasenstelleinheit zu übertragen, wobei die Phasenstelleinheit dazu ausgebildet ist, um das amplitudenmanipulierte Trägersignal und das Phasenstellsignal zu empfangen und daraus das HF-Signals zu erzeugen und auszugeben. Das Trägersignal wird unter Zuhilfenahme des Amplitudenstellsignals manipuliert. Dieses HF-Signal wird bevorzugt zur Manipulation, insbesondere zur Änderung einer Frequenz, Phase und/oder Amplitude eines elektromagnetischen Signals, also insbesondere eines optischen Signals, verwendet. Das HF-Signal ist dabei phasen- und amplitudenmoduliert (falls eine entsprechende Modulation aktiviert ist).
Durch das erfindungsgemäße versatile HF-Kontrollsystem ist es möglich, mit lediglich einem einzigen HF-Signal sämtliche Eigenschaften eines optischen Signals zu kontrollieren. Durch die vorhandene Regelung können auftretende Fehler in der optischen Übertragungsstrecke sehr schnell ausgeglichen werden. Dadurch, dass die Regelung zu beliebigen Zeitpunkten eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann, ist neben einem Ausgleich von Fehlern in der optischen Übertragungsstrecke auch eine Beobachtung der in der optischen Übertragungsstrecke auftretenden Fehler möglich. Dadurch, dass das HF-Signal bezüglich seiner Eigenschaften arbiträr einstellbar ist, kann auch eine Modulation auf das HF-Signal aufgeprägt werden, um beispielsweise Operationen bei Quantencomputern ausführen zu können. Ohne die zusätzliche Regelung würde ein moduliertes HF-Signal Fehlern auf der (optischen) Übertragungsstrecke unterliegen, die nicht mehr ausgeglichen werden könnten, wodurch ein Rechenergebnis, beispielsweise bei Einsatz des versatilen HF-Kontrollsystems in Quantencomputern, verfälscht werden würde. Erst durch den Einsatz der stabilisierten und/oder geregelten Modulation von (optischen) Signalen ist eine wiederholbare Ausführung von Rechenoperationen in Quantencomputern und die wiederholbare Manipulation von Quantenzuständen in Quantensystemen möglich. Durch seinen Aufbau ist es möglich, mit einem einzigen erfindungsgemäßen HF-Kontrollsystem verschiedenste optische Aufbauten und andere Anwendungsfälle zur Manipulation von Quantenzuständen in Quantensystemen zu adressieren. Dieser flexible Einsatz ist für Anwender besonders vorteilhaft, wenn sich Anwendungsfälle verändern, weil dann das HF-Kontrollsystem ohne Austausch direkt weiter verwendbar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist ein Takterzeugungsmodul vorgesehen. Das Takterzeugungsmodul umfasst zumindest eine erste Takterzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, um einen ersten Referenztakt zu erzeugen und an das HF-Erzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe auszugeben. Das HF-Erzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe ist dazu ausgebildet, um das Trägersignal und das erste Phasenreferenzsignal unter Verwendung desselben ersten Referenztakts zu erzeugen. Der erste Referenztakt kann beispielsweise ein analoges Sinussignal oder ein digitales Rechtecksignal sein. Das Takterzeugungsmodul kann beispielsweise ein DDS, ein VCO oder eine PLL sein. Durch Verwendung des ersten (gemeinsamen) Referenztaktes für die Erzeugung des Trägersignals und des ersten Phasenreferenzsignals liegt eine deterministische Phasenbeziehung zwischen dem Trägersignal und dem ersten Phasenreferenzsignal vor. Das Takterzeugungsmodul ist weiter vorzugsweise dazu ausgebildet, um den ersten Referenztakt mehreren oder allen vorhandenen Modulgruppen zur Verfügung zu stellen. Dadurch liegt eine deterministische Phasenbeziehung zwischen den jeweiligen Trägersignalen und den jeweiligen ersten Phasenreferenzsignalen verschiedener Modulgruppen vor.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst das Takterzeugungsmodul zumindest eine zweite Takterzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, um einen zweiten Referenztakt zu erzeugen und an das Referenzsignalerzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe auszugeben. Das Referenzsignalerzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe ist dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal und das zweite Phasenreferenzsignal unter Verwendung desselben zweiten Referenztakts zu erzeugen. Der zweite Referenztakt kann beispielsweise ein analoges Sinussignal oder ein digitales Rechtecksignal sein. Das Takterzeugungsmodul kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um den zweiten Referenztakt durch Teilung des ersten Referenztakts mit einem Frequenzteiler zu erzeugen. Durch Verwendung des zweiten (gemeinsamen) Referenztaktes für die Erzeugung des Amplitudenreferenzsignals und des zweiten Phasenreferenzsignals liegt eine deterministische Phasenbeziehung zwischen dem Amplitudenreferenzsignal und dem zweiten Phasenreferenzsignal vor. Das Takterzeugungsmodul ist weiter vorzugsweise dazu ausgebildet, um den zweiten Referenztakt mehreren oder allen vorhandenen Modulgruppen zur Verfügung zu stellen. Dadurch liegt eine deterministische Phasenbeziehung zwischen den jeweiligen Amplitudenreferenzsignalen und den jeweiligen zweiten Phasenreferenzsignalen verschiedener Modulgruppen vor.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems sind das Trägersignal und das erste Phasenreferenzsignal der zumindest einen Modulgruppe identisch. Unter dem Wortlaut „identisch“ ist zu verstehen, dass sich die Phase und die Frequenz des Trägersignals sich nicht von der Phase und der Frequenz des ersten Phasenreferenzsignals unterscheiden. Das Trägersignal und das erste Phasenreferenzsignal können deshalb durch eine gemeinsame Signalquelle (zum Beispiel DDS, DAC) erzeugt werden, wobei ein Leistungsteiler das erzeugte Signal in das Trägersignal und das erste Phasenreferenzsignal aufteilt. Dadurch ist eine günstige Synthese mit hoher Phasenstabilität möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei auch die geringere Stromaufnahme des HF-Erzeugungsmoduls für den Fall, dass die Phasenvergleichsfrequenz für die Phasendetektionseinheit der Frequenz des Trägersignals entspricht. Optional entspricht auch die Amplitude des Trägersignals der Amplitude des ersten Phasenreferenzsignals. Allerdings könnten die Amplituden des Trägersignals und des ersten Phasenreferenzsignal auch unterschiedlich gewählt werden, um eine optimale Aussteuerung der Phasendetektionseinheit zu erzielen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems sind das Trägersignal und das erste Phasenreferenzsignal der zumindest einen Modulgruppe arithmetisch miteinander verknüpft, wobei sich die Verknüpfung auf Frequenz, Phase und/oder Amplitude bezieht. Diese Verknüpfung kann insbesondere über eine Vorgabe durch das zentrale Steuerungsmodul erfolgen. Diese Vorgabe kann durch den Benutzer erfolgen. Die arithmetische Verknüpfung kann lediglich für eine bestimmte Zeitdauer gelten. Unter einer „arithmetischen Verknüpfung“ ist beispielsweise eine festgelegte Relation der Frequenz des Trägersignals und der Frequenz des ersten Phasenreferenzsignal zu verstehen. So kann beispielsweise der optische Phasendetektionsaufbau in einer sogenannten Doppel-Pass-Konfiguration realisiert sein, sodass die Frequenz des gemessenen Phasensignals dem doppelten der am Modulator anliegenden Frequenz des HF-Signals entspricht. Für die Phasendetektion ist es daher notwendig, die Phasenvergleichsfrequenz auf das Doppelte der Frequenz des Trägersignals festzulegen, sodass die Frequenz des ersten Phasenreferenzsignals genau dem Doppelten der Frequenz des Trägersignals entspricht. Auch Modulationsparameter würden durch eine arithmetische Verknüpfung entsprechend mitskaliert werden. Beispielsweise würde in einem solchen Fall die Modulationstiefe einer Frequenzmodulation ebenfalls verdoppelt werden, während die Modulationsfrequenz nicht verdoppelt würde. Wird das HF-Signal vor Zuführung an den Modulator noch einer Frequenzumsetzung unterworfen (z.B. durch eine Frequenzumsetzungseinheit), so ist diese Änderung bei der Festlegung der arithmetischen Verknüpfung zwischen dem Trägersignal und dem ersten Phasenreferenzsignal entsprechend zu berücksichtigen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems sind das erste Phasenreferenzsignal und das zweite Phasenreferenzsignal der zumindest einen Modulgruppe miteinander verknüpft, wobei sich die Verknüpfung auf Frequenz, Phase und/oder Amplitude bezieht. Die „Verknüpfung“ würde vorzugsweise derart ausgebildet werden, dass entweder das erste Phasenreferenzsignal oder das zweite Phasenreferenzsignal moduliert ist. Eine gleichzeitige Aufprägung der Modulationsparameter auf das erste Phasenreferenzsignal und das zweite Phasenreferenzsignal würde dazu führen, dass kein moduliertes Phasenstellsignal erzeugt würde, um schließlich eine Modulation des HF-Signals zu erzeugen, weil sich die Modulationen gerade innerhalb der Regelschleife in der Phasenregelungseinheit aufheben würden. Diese Verknüpfung kann insbesondere über eine Vorgabe durch das zentrale Steuerungsmodul erfolgen. Diese Vorgabe kann durch den Benutzer erfolgen. Die Verknüpfung kann lediglich für eine bestimmte Zeitdauer gelten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst das Referenzsignalerzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe eine Referenzkonditionierungseinheit. Die Referenzkonditionierungseinheit ist dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal aus zumindest einem ersten und einem zweiten Signal zu generieren und bevorzugt an das Regelmodul auszugeben, wobei das erste Signal von dem zweiten Signal verschieden ist. Beispielsweise kann das erste Signal einen rampenförmigen Verlauf aufweisen bzw. einem rampenförmigen Verlauf angenähert sein während das zweite Signal einem periodisch modulierten Signal entspricht. Dies ermöglicht es dem Benutzer leichter einen Signalverlauf der Amplitude vorzugeben. Es ist weiterhin möglich zumindest eines der Signale auszuschalten oder zu verändern, wohingegen das andere Signal weiterhin anliegt und nicht neu vorgegeben werden muss. Bei den „Vorgaben“ kann es sich insbesondere um eine Wellenform handeln, die das Referenzsignalerzeugungsmodul über das zentrale Steuerungsmodul empfängt. Die Referenzkonditionierungseinheit kann analog oder digital ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die Phasenmanipulationsvorrichtung der zumindest einen Modulgruppe die Phasenstelleinheit, wobei die Phasenstelleinheit in analoger Bauweise, insbesondere durch Verwendung eines analogen Phasenschiebers oder eines Mischers ausgeführt ist.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst das HF-Erzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe die Phasenstelleinheit, wobei die Phasenstelleinheit eine DSP-Einheit (engl. digital signal processing) und eine Frequenzsyntheseeinheit aufweist. Bevorzugt wird die notwendige Phasenänderung in der DSP-Einheit berechnet und an die Frequenzsyntheseeinheit übergeben. Beispielsweise kann die Frequenzsyntheseeinheit durch eine DDS realisiert sein und die DSP würde ein neues Phasenwort ermitteln und an die DDS übertragen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die Amplitudenmanipulationsvorrichtung der zumindest einen Modulgruppe die Amplitudenstelleinheit, wobei die Amplitudenstelleinheit in analoger Bauweise, insbesondere durch Verwendung zumindest eines Verstärkers und/oder zumindest eines einstellbaren Dämpfungsglieds, ausgeführt ist. Bei dem Dämpfungsglied kann es sich beispielsweise um einen VVA handeln. Bevorzugt würde die analoge Bauweise ausgewählt werden, um das SNR (engl. signal to noise ratio) so wenig wie möglich zu verschlechtern.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst das HF-Erzeugungsmodul der zumindest einen Modulgruppe die Amplitudenstelleinheit, wobei die Amplitudenstelleinheit eine DSP-Einheit und eine Frequenzsyntheseeinheit aufweist. Die notwendige Amplitudenänderung wird in der DSP-Einheit berechnet und an die Frequenzsyntheseeinheit übergeben. Beispielsweise kann die Frequenzsyntheseeinheit durch einen DAC realisiert sein und die DSP-Einheit würde ein neues Einstellwort ermitteln und an den DAC übertragen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist das zentrale Steuerungsmodul dazu ausgebildet, um zumindest einen Betriebsparameter zu empfangen. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zumindest einen Betriebsparameters die Phasenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe derart anzusteuern, dass diese im ersten oder zweiten Betriebsmodus arbeitet oder den Betriebsmodus wechselt. Dieses „Wechseln“ kann auch im Betrieb erfolgen. Das zentrale Steuerungsmodul ist außerdem dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zumindest einen Betriebsparameters die Amplitudenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe derart anzusteuern, dass diese im ersten oder zweiten Betriebsmodus arbeitet oder den Betriebsmodus wechselt. Dieses „Wechseln“ kann auch im Betrieb erfolgen. Der Betriebsparameter ist durch einen Benutzer vorgebbar. Im einfachsten Fall kann es sich bei dem Betriebsparameter um ein digitales Triggersignal handeln, wobei je nach Logikzustand der erste Betriebsmodus oder der zweite Betriebsmodus ausgewählt wird. Ein Wechseln des Betriebsmodus innerhalb Amplitudenregelungseinheit ist besonders vorteilhaft, wenn ein geregelter Betrieb nur für kurze Zeit benötigt wird und die Intensität eines optischen Signals dabei stark verändert wird. Dabei entstehende Temperaturänderungen im kristallinen Material des Modulators verringern die maximal erzielbare optische Leistung. Schaltet man in den ungeregelten Betrieb (zweiter Betriebsmodus) wenn das geregelte Amplitudenstellsignal nicht benötigt wird, kann der kristalline Modulator durch Anlegen des so entstehenden HF-Signals vorgeheizt werden, sodass die maximal transmittierbare Leistung einer optischen Übertragungsstrecke erhöht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist das zentrale Steuerungsmodul dazu ausgebildet, um zumindest einen Regelparameter zu empfangen. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zumindest einen Regelparameters die Phasenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe derart zu konfigurieren, dass ein Reglertyp der Phasenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe aus einen von mehreren Reglertypen festlegbar ist und/oder dass eine Übertragungsfunktion der Phasenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe festlegbar ist, die eine Generierung des Phasenstellsignals aus einer Differenz zwischen dem Phasendifferenzsignal und dem zweiten Phasenreferenzsignal beschreibt. Bei den Reglertypen kann es sich insbesondere um die Auswahl zwischen einem P-, PI-, PID-Regler oder einem verwandten Reglertyp handeln. Bevorzugt kann der Benutzer über eine Eingabemaske den gewünschten Reglertyp auswählen. Die Übertragungsfunktion kann beispielsweise über die Festlegung der P-Verstärkung, der I-Verstärkung und/oder der D-Verstärkung bestimmt werden. Bevorzugt kann der Benutzer über eine Eingabemaske die entsprechende Übertragungsfunktion, also die P-Verstärkung, die I-Verstärkung und/oder die D-Verstärkung eingeben. Das zentrale Steuerungsmodul ist außerdem dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zumindest einen Regelparameters die Amplitudenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe derart zu konfigurieren, dass ein Reglertyp der Amplitudenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe aus einen von mehreren Reglertypen festlegbar ist und/oder dass eine Übertragungsfunktion der Amplitudenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe festlegbar ist, die eine Generierung des Amplitudenstellsignals aus einer Differenz zwischen dem gemessenen Amplitudensignal und dem Amplitudenreferenzsignal beschreibt. Bei den Reglertypen kann es sich insbesondere um die Auswahl zwischen einem P-, PI-, PID-Regler oder einem verwandten Reglertyp handeln. Bevorzugt kann der Benutzer über eine Eingabemaske den gewünschten Reglertyp auswählen. Die Übertragungsfunktion kann beispielsweise über die Festlegung der P-Verstärkung, der I-Verstärkung und/oder der D-Verstärkung bestimmt werden. Bevorzugt kann der Benutzer über eine Eingabemaske die entsprechende Übertragungsfunktion, also die P-Verstärkung, die I-Verstärkung und/oder die D-Verstärkung eingeben.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die Amplitudenmanipulationsvorrichtung der zumindest einen Modulgruppe eine Amplitudenkalibriereinheit. Die Amplitudenkalibriereinheit umfasst eine erste, zweite und/oder dritte Kalibrierstufe. Der Amplitudenkalibriereinheit ist ein Eingangssignal zuführbar, wobei die Amplitudenkalibriereinheit unter Verwendung der ersten, zweiten und/oder dritten Kalibrierstufe dazu ausgebildet ist, um aus dem zuführbaren Eingangssignal das gemessene Amplitudensignal zu erzeugen und auszugeben. Die erste Kalibrierstufe ist dazu ausgebildet, um dem zugeführten Eingangssignal einen ersten Offsetwert hinzuzuaddieren, um das zugeführte Eingangssignal zu verschieben. Die zweite Kalibrierstufe ist dazu ausgebildet, um ein Eingangssignal der zweiten Kalibrierstufe zu verstärken. Die dritte Kalibrierstufe ist dazu ausgebildet, einem Eingangssignal der dritten Kalibrierstufe einen zweiten Offsetwert hinzuzuaddieren, um das Eingangssignal der dritten Kalibrierstufe zu verschieben. Beispielsweise kann die Kalibriereinheit durch einen Instrumentenverstärker mit einstellbarer Verstärkung, sowie einer ersten und einer zweiten einstellbaren Spannungsquellen realisiert werden. Das zu kalibrierende Eingangssignal wird dabei bevorzugt an den nicht-invertierenden Eingang des Instrumentenverstärkers angeschlossen, während die erste einstellbare Spannungsquelle an den invertierenden Eingang des Instrumentenverstärkers angeschlossen wird. Dadurch kann beispielsweise der Dunkelstrom einer Photodiode, die eine Intensität des optischen Signals in ein elektrisches Signal wandelt, ausgeglichen werden und so der Nullpunkt des Sensors abgeglichen werden. Durch die Verstärkung des Instrumentenverstärkers kann die Sensitivität des zu kalibrierenden Eingangssignals eingestellt werden. Durch Verwendung der Amplitudenkalibriereinheit können Unterschiede in den Sensitivitäten verschiedener Photodioden auf einfache Art und Weise einmalig ausgeglichen werden, ohne dass die Amplitudenreferenzsignale unterschiedlicher Modulgruppen im ersten Betriebsmodus der Amplitudenregelungseinheit umskaliert werden müssen. Schließlich kann durch Anlegen der zweiten einstellbaren Spannungsquelle an den Referenzknoten des Instrumentenverstärkers das Bezugspotential für das gemessene Amplitudensignal bestimmt werden. Eine Verschiebung des Bezugspotentials kann notwendig sein, um für eine Digitalisierung des gemessenen Amplitudensignals einen optimierten Aussteuerbereichs eines ADC (engl. analog digital converter) auszunutzen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist ein erstes Bias-Tee in der zumindest einen Modulgruppe vorgesehen. Das erste Bias-Tee ist dazu ausgebildet, um ein eingehendes Phasensignal mit einer ersten Gleichspannung zu überlagern. Dadurch kann eine Betriebsspannung einer Photodiode zugeführt werden. Das erste Bias-Tee ist weiter dazu ausgebildet, um lediglich einen Wechselanteil des eingehenden Phasensignals als gemessenes Phasensignal an die Phasendetektionseinheit auszugeben, weil nur der Wechselanteil die Phaseninformation enthält.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die zumindest eine Modulgruppe eine erste Gleichspannungsquelle, die dazu ausgebildet ist, um die erste Gleichspannung für das erste Bias-Tee der zumindest einen Modulgruppe zu erzeugen und an das erste Bias-Tee der zumindest einen Modulgruppe zu übertragen. Diese erste Gleichspannung entspricht der Betriebsspannung der Photodiode. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um zumindest einen ersten Bias-Parameter zu empfangen. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen ersten Bias-Parameters die erste Gleichspannungsquelle der zumindest einen Modulgruppe derart anzusteuern, dass diese die gewünschte erste Gleichspannung erzeugt. Der erste Bias-Parameter kann beispielsweise durch einen Benutzer vorgegeben werden. Bei der ersten Gleichspannungsquelle kann es sich beispielsweise um einen DAC oder einen einstellbaren LDO (engl. low dropout regulator) handeln.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist ein zweites Bias-Tee in der zumindest einen Modulgruppe vorgesehen. Das zweite Bias-Tee ist dazu ausgebildet, um das HF-Signal mit einer zweiten Gleichspannung zu überlagern. Das zweite Bias-Tee ist weiter dazu ausgebildet, um das mit der zweiten Gleichspannung überlagerte HF-Signal auszugeben. Die zweite Gleichspannung dient zur Einstellung des Arbeitspunktes des (optischen) Modulators.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die zumindest eine Modulgruppe eine zweite Gleichspannungsquelle, wobei die zweite Gleichspannungsquelle dazu ausgebildet ist, um die zweite Gleichspannung für das zweite Bias-Tee der zumindest einen Modulgruppe zu erzeugen und an das zweite Bias-Tee der zumindest einen Modulgruppe zu übertragen. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um zumindest einen zweiten Bias-Parameter zu empfangen. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zweiten Bias-Parameters die zweite Gleichspannungsquelle der zumindest einen Modulgruppe derart anzusteuern, dass diese die gewünschte zweite Gleichspannung erzeugt. Der zweite Bias-Parameter kann durch einen Benutzer vorgegeben werden. Bei der zweiten Gleichspannungsquelle kann es sich beispielsweise um einen DAC oder einen einstellbaren LDO (engl. low dropout regulator) handeln.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die zumindest eine Modulgruppe eine Biaspunktregeleinheit. Die Biaspunktregeleinheit ist dazu ausgebildet, um ein Biaspunktreferenzsignal und ein gemessenes Biaspunktsignal zu empfangen. Die Biaspunktregeleinheit ist dazu ausgebildet, um die zweite Gleichspannung derart zu erzeugen, dass die Abweichung zwischen Biaspunktreferenzsignal und dem gemessenen Biaspunktsignal kleiner als ein Schwellwert ist. Die Biaspunktregeleinheit ist dazu ausgebildet, um die zweite Gleichspannung an das zweite Bias-Tee zu übertragen. Eine Nachführung der zweiten Gleichspannung durch die Biaspunktregeleinheit ist beispielsweise notwendig, um temperaturbedingte Drifts des Arbeitspunktes des (optischen) Modulators auszugleichen. Die Biaspunktregeleinheit kann eine P-, PI- oder PID-Reglung umfassen. Bevorzugt wird ein PI-Regler verwendet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die zumindest eine Modulgruppe eine Frequenzumsetzungseinheit. Die Frequenzumsetzungseinheit ist dazu ausgebildet, um ein lokales Oszillatorsignal und das HF-Signal zu empfangen. Die Frequenzumsetzungseinheit ist dazu ausgebildet, um eine Frequenz des HF-Signals durch Mischung mit dem lokalen Oszillatorsignal zu verändern und im Anschluss daran das HF-Signal auszugeben. Eine solche Realisierung ist besonders vorteilhaft, weil in optischen Anwendungen, wie beispielsweise Spektroskopie an Atomen, typischerweise nur sehr schmalbandige Modulationen benötigt werden, sodass nicht der gesamte Signalpfad hochfrequent ausgeführt werden muss. Dies spart Kosten und verbessert das Rauschverhalten des frequenzverschobenen HF-Signals.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst die Frequenzumsetzungseinheit der zumindest einen Modulgruppe eine Filtereinheit. Die Filtereinheit ist dazu ausgebildet, um ein bestimmtes Seitenband zu selektieren und das HF-Signal zu filtern, um danach das HF-Signal auszugeben. Durch eine Frequenzumsetzung mittels eines Mischers entstehen mindestens zwei Seitenbänder von denen nur eines tatsächlich genutzt und durch die Filtereinheit selektiert wird. Die Filtereinheit kann beispielsweise durch einen einstellbaren Bandpass realisiert werden. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Parameter, in Form eines Filterparameters, zu empfangen. Dieser Filterparameter kann durch einen Benutzer vorgegeben werden. Das zentrale Steuerungsmodul ist dazu ausgebildet, um den Filterparameter als Stellgröße der Filtereinheit zuzuführen, wodurch der einstellbare Bandpass ein bestimmtes Seitenband selektiert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst das versatiles HF-Kontrollsystem zumindest ein Ausgabemittel, wobei über das zumindest eine Ausgabemittel zumindest ein Signal der nachfolgenden Gruppe von Signalen für einen Benutzer des versatilen HF-Kontrollsystems ausgebbar ist:

a) das zweite Phasenreferenzsignal;
b) das Amplitudenreferenzsignal;
c) das gemessene Phasensignal;
d) das gemessene Amplitudensignal;
e) das Phasendifferenzsignal;
f) ein Phasenfehlersignal zwischen zweitem Phasenreferenzsignal und Phasendifferenzsignal;
g) ein Amplitudenfehlersignal zwischen Amplitudenreferenzsignal und gemessenem Amplitudensignal;
h) das Phasenstellsignal;
i) das Amplitudenstellsignal.

Das Ausgeben der oben genannten Signale ist vorteilhaft, um den Betrieb des HF-Kontrollsystems überwachen und Fehlfunktionen leicht und schnell entdecken zu können. Außerdem können diese Signale zur Charakterisierung und Einstellung des HF-Kontrollsystems genutzt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist das zumindest eine Ausgabemittel der zumindest einen Modulgruppe eine Benutzeranzeige auf einem Bildschirm, ein digitaler Signalausgang und/oder ein analoger Signalausgang. Jedes Signal kann beispielsweise auf mehr als einem Ausgabemittel gleichzeitig ausgegeben werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems sind das HF-Erzeugungsmodul, das Referenzerzeugungsmodul und das Regelmodul jeweils in einem eigenen Halbleiterchip oder in einem gemeinsamen Halbleiterchip integriert. Dadurch sinken das Volumen und der Energieverbrauch. Das ist besonders vorteilhaft um die Skalierbarkeit für vielkanalige Anwendungen zu verbessern. Dies ist insbesondere bei Quantencomputern notwendig, die über eine hohe Anzahl an Qbits verfügen. Der Halbleiterchip kann beispielsweise einen CMOS-Aufbau aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems umfasst das versatile HF-Kontrollsystem ein Gehäuse. Die zumindest eine Modulgruppe ist in einem gemeinsamen Modulrahmen in dem Gehäuse des HF-Kontrollsystems angeordnet. Alternativ hierzu sind das HF-Erzeugungsmodul, das Referenzerzeugungsmodul und das Regelmodul der zumindest einen Modulgruppe in zumindest zwei oder drei verschiedenen Modulrahmen in dem Gehäuse des HF-Kontrollsystems angeordnet. Defekte Module können so sehr einfach getauscht werden. Gleichzeitig kann das versatile HF-Kontrollsystem besonders einfach gemäß Benutzerwünschen mit benötigten Modulgruppen bestückt werden. Auch eine nachträgliche Aufrüstung oder Änderung der Modulgruppen ist leicht möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist das zentrale Steuerungsmodul in einem Modulrahmen in dem Gehäuse des HF-Kontrollsystems angeordnet. Es ist besonders vorteilhaft, dass hier lediglich ein Steuerungsmodul innerhalb des versatilen HF-Kontrollsystems verwendet wird, wodurch Kosten und Einbauvolumen gespart werden. Außerdem wird die Anzahl der benötigten externen Schnittstellen reduziert und es ist eine einfachere Synchronisation über verschiedene Modulgruppen hinweg möglich, wobei Latenzen zur Signalübertragung niedrig und im Wesentlichen konstant sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist das Takterzeugungsmodul in einem Modulrahmen in dem Gehäuse des HF-Kontrollsystems angeordnet. Es ist besonders vorteilhaft, dass hier lediglich ein Takterzeugungsmodul innerhalb des versatilen HF-Kontrollsystems verwendet wird, wodurch Kosten und Einbauvolumen gespart werden. Gleichzeitig werden allen Modulen, auch über verschiedene Modulgruppen hinweg, dieselben Taktsignale zugeführt. Dadurch werden unvorteilhafte bzw. störende Phasendrifts zwischen Modulen, auch über verschiedene Modulgruppen hinweg, verringert oder vermieden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist eine Backplane zum Datenaustausch zwischen verschiedenen Modulen in den verschiedenen Modulrahmen vorgesehen. Das HF-Erzeugungsmodul, das Referenzsignalerzeugungsmodul und das Regelmodul der jeweiligen Modulgruppe sind mit der Backplane zum gegenseitigen Datenaustausch verbunden. Ergänzend oder alternativ sind mit der Backplane das zentrale Steuerungsmodul und/oder das Takterzeugungsmodul verbunden. Die Backplane ist vorzugsweise eine PCB-Anordnung. Die einzelnen Module einer Modulgruppe können untereinander und auch mit dem zentralen Steuerungsmodul über eine gemeinsame Schnittstelle kommunizieren. Bei der gemeinsamen Schnittstelle handelt es sich bevorzugt um breitbandige Kommunikationsschnittstellen, damit große Datenmengen in kurzer Zeit übertragbar sind. Insbesondere kann es sich bei der gemeinsamen Schnittstelle um PCI Express oder PXI Express handeln. Vorzugsweise sind die einzelnen Module Hot-Swap-fähig. Die Energieversorgung der einzelnen Module findet vorzugsweise ebenfalls über die Backplane statt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems sind eine Vielzahl von Modulgruppen vorgesehen, um mehrere HF-Signale unabhängig voneinander zu erzeugen und auszugeben. Ein derartiger modularer Aufbau ist besonders vorteilhaft, weil Quantensysteme meistens mehr als eine HF-Signalquelle benötigen. Dadurch, dass jede Modulgruppe unabhängig von einer anderen Modulgruppe ein einzelnes HF-Signal erzeugt, können die einzelnen HF-Signale bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften (z.B. Frequenz, Phase, Amplitude) individuell, also unabhängig voneinander, genau den Bedürfnissen nach eingestellt werden. Je nach Anzahl der benötigten HF-Signalquellen wird die notwendige Anzahl an Modulgruppen in das versatile HF-Kontrollsystem installiert. Diese Anzahl kann aufgrund des modularen Aufbaus beliebig variiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des versatilen HF-Kontrollsystems ist das HF-Signal insbesondere über eine Antenne und/oder eine Kabelanordnung einem Quantensystem zuführbar. In diesem Fall wird kein optisches Signal durch das erzeugte HF-Signal manipuliert. Stattdessen kann das HF-Signal zur Manipulation von Quantenzuständen in einem Quantensystem benutzt werden. Eine nichtleitungsgebundene Übertragung, insbesondere über die Antenne, ist besonders vorteilhaft, wenn sich das Quantensystem in einer Ultrahochvakuumkammer befindet. Dadurch muss keine Leitungszuführung in die Ultrahochvakuumumgebung vorgenommen werden, wodurch die Kosten gesenkt werden. Leitungsgebundene Zuführungen bieten sich dagegen vor allem für Quantensysteme an, die auf Halbleiterchips angeordnet sind.
Der erfindungsgemäße optische Verbund umfasst das versatile HF-Kontrollsystem und ein optisches System. Das optische System weist zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulator auf. Das durch das versatile HF-Kontrollsystem erzeugte HF-Signal der zumindest einen Modulgruppe ist als Eingangssignal einem Eingang des zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulators zuführbar. Dadurch können Signaleigenschaften des HF-Signals dem optischen Signal aufgeprägt werden. Insbesondere können Frequenz, Amplitude und Phase des optischen Signals manipuliert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des optischen Verbunds ist eine erste Photodiode vorgesehen, wobei die erste Photodiode dazu ausgebildet ist, um das gemessene Phasensignal der zumindest einen Modulgruppe mittelbar oder unmittelbar zu erzeugen und an die Phasendetektionseinheit der zumindest einen Modulgruppe zu übertragen. Unter einer „mittelbaren“ Erzeugung ist zu verstehen, dass weitere Elemente im Signalpfad zwischen der ersten Photodiode und der Phasendetektionseinheit vorhanden sind, wie beispielsweise das erste Bias-Tee und/oder eine Verstärkereinheit. Die Versorgungsspannung dieser ersten Photodiode kann durch das erste Bias-Tee der entsprechenden Modulgruppe eingestellt werden. Unter einer „unmittelbaren“ Erzeugung ist zu verstehen, dass der Signalpfad zwischen der ersten Photodiode und der Phasendetektionseinheit frei von weiteren Elementen ist.
Es ist weiterhin eine zweite Photodiode vorgesehen, wobei die zweite Photodiode dazu ausgebildet ist, um das gemessene Amplitudensignal für die zumindest eine Modulgruppe zu erzeugen und an die Amplitudenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe mittelbar oder unmittelbar zu übertragen. Unter einer „mittelbaren“ Übertragung ist zu verstehen, dass weitere Elemente im Signalpfad zwischen der zweiten Photodiode und der Amplitudenregelungseinheit vorhanden sind, wie beispielsweise die Amplitudenkalibriereinheit und/oder eine Verstärkereinheit. Unter einer „unmittelbaren“ Übertragung ist zu verstehen, dass der Signalpfad zwischen der zweiten Photodiode und der Amplitudenregelungseinheit frei von weiteren Elementen ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des optischen Verbunds ist eine gemeinsame Photodiode vorgesehen, wobei die gemeinsame Photodiode dazu ausgebildet ist, um sowohl das gemessene Phasensignal als auch das gemessene Amplitudensignal mittelbar oder unmittelbar zu erzeugen und an die jeweilige Phasendetektionseinheit und die jeweilige Amplitudenregelungseinheit der zumindest einen Modulgruppe zu übertragen. Bzgl. der „mittelbaren“ Erzeugung und „unmittelbaren“ Erzeugung wird auf die vorstehende Weiterbildung verwiesen. Durch Verwendung einer gemeinsam Photodiode können Kosten eingespart werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des optischen Verbunds ist ein Ausgang des zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulators an ein Quantensystem anschließbar. Durch Anlegen des HF-Signals an den zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulator sind Quantenzustände in dem Quantensystem über das optische Signal manipulierbar.
Das erfindungsgemäße Messgerät weist einen optischen Verbund auf. Das erfindungsgemäße Messgerät ist bevorzugt ein vektorieller Netzwerkanalysator, welcher dazu ausgebildet ist, um mit zumindest einem DUT (engl. device under test) verbunden zu werden. Das DUT kann ausschließlich optische oder eine Mischung aus optischen und elektrischen Schnittstellen aufweisen. Der optische Verbund ist dazu ausgebildet, um das optische Signal zu erzeugen und an die Schnittstelle zum DUT zu übertragen und/oder um ein optisches Signal von der Schnittstelle des DUT zu empfangen. Das versatile HF-Kontrollsystem innerhalb des optischen Verbunds ist dazu ausgebildet, um ein HF-Signal zu erzeugen, mit welchem ein genau definiertes moduliertes optisches Signal (bzgl. Frequenz, Phase, Amplitude) erzeugbar ist. Mittels der Amplitudenregelungseinheit und der Phasenregelungseinheit innerhalb der zumindest einen Modulgruppe des versatilen HF-Kontrollsystems ist es möglich, das modulierte optische Signal an einer festgelegten Referenzebene bezüglich Frequenz, Phase und/oder Amplitude einzustellen (Betriebsmodus 2) und/oder zu stabilisieren (Betriebsmodus 1). Die Referenzebene liegt vorzugsweise am Übergang zum DUT.
Das versatile HF-Kontrollsystem innerhalb des optischen Verbunds ist dazu ausgebildet, um die Phasen- und Amplitudeninformationen des vom DUT ausgesendeten optischen Signals zu bestimmen, indem der optische Verbund die Phaseninformationen und Amplitudeninformationen des optischen Signals in ein elektrisches Signal wandelt. Die erste Photodiode kann aus der Phaseninformation des optischen Signals mittelbar oder unmittelbar das gemessene Phasensignal erzeugen und an die Phasendetektionseinheit übertragen. Die zweite Photodiode kann aus der Amplitudeninformation des optischen Signals mittelbar oder unmittelbar das gemessene Amplitudensignal erzeugen und an die Amplitudenregelungseinheit übertragen. Bevorzugt wird das gemessene Amplitudensignal mittelbar durch die Amplitudenkalibriereinheit erzeugt, welche zwischen der zweiten Photodiode und der Amplitudenregelungseinheit angeordnet ist, um eine Systemfehlerkorrektor zu ermöglichen. Sobald die entsprechende Modulgruppe des versatilen HF-Kontrollsystems dazu ausgebildet ist, um eine Phaseninformationen und Amplitudeninformationen von dem DUT zu empfangen, ist die Phasenregelungseinheit dazu ausgebildet, um den zweiten Betriebsmodus einzunehmen. Weiterhin ist die Amplitudenregelungseinheit in diesem Fall ebenfalls dazu ausgebildet, um den zweiten Betriebsmodus einzunehmen. Grundsätzlich wäre auch der Einsatz der gemeinsamen Photodiode zum Empfang der Phasen- und Amplitudeninformationen des vom DUT ausgesendeten optischen Signals möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1, 2 und 3:
- verschiedene Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes versatiles HF-Kontrollsystem;
4: ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen versatilen HF-Kontrollsystems mit zusätzlichen Weiterbildungen;
5: ein Ausführungsbeispiel für eine Amplitudenkalibriereinheit für das versatile HF-Kontrollsystem;
6: ein weiteres Ausführungsbeispiel des versatilen HF-Kontrollsystems mit mehreren Modulgruppen;
7: eine räumliche Darstellung des versatilen HF-Kontrollsystems aus 6; und
8: ein Ausführungsbeispiel des optischen Verbunds mit einem versatilen HF-Kontrollsystem und einem optischen System.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen versatilen HF-Kontrollsystems 1. Das versatile HF-Kontrollsystem 1 kann insbesondere zur Erzeugung eines HF-Signals 2 genutzt werden. Mit dem HF-Signal 2 kann ein optisches Signal 73 (siehe 8) manipuliert werden. Es ist auch möglich, dass über das HF-Signal 2 Quantensysteme, wie beispielsweise Quantencomputer gesteuert werden können.
Das versatile HF-Kontrollsystem 1 ist insbesondere modulartig aufgebaut, um flexibel auf den aktuellen Einsatzzweck angepasst werden zu können. Dies wird nachfolgend detailliert erläutert.
Das versatile HF-Kontrollsystem 1 umfasst ein zentrales Steuerungsmodul 4. Bei dem zentralen Steuerungsmodul 4 kann es sich beispielsweise um einen Computer, FPGA (engl. field programmable gate array), ASIC (engl. application-specific integrated circuit), DSP und/oder Mikrocontroller handeln. An das zentrale Steuerungsmodul 4 kann beispielsweise eine Ausgabeeinheit, wie beispielsweise ein Computerbildschirm angeschlossen werden. Unter einer Ausgabeeinheit ist ebenfalls zu verstehen, wenn das zentrale Steuerungsmodul 4 eine Webseite generiert, über die ein Austausch mit einem Benutzer stattfindet. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um Parameter 5 zu empfangen. Bei den Parametern 5 handelt es sich insbesondere um Benutzereingaben bzw. Vorgaben, die der Benutzer tätigt, um das versatile HF-Kontrollsystem 1 zu konfigurieren. So kann der Benutzer über die Parameter 5 beispielsweise die Frequenz, Amplitude, Phase des zu erzeugenden und auszugebenden HF-Signals 2 vorgeben. Hierzu gehört auch die Vorgabe einer entsprechenden Modulation des HF-Signals 2.
Das versatile HF-Kontrollsystem 1 umfasst neben dem zentralen Steuerungsmodul 4 zumindest eine Modulgruppe 6. Bevorzugt gibt es eine Vielzahl von Modulgruppen 6 durch deren Einsatz das versatile HF-Kontrollsystem 1 erweiterbar ist. Jede Modulgruppe 6 ist dazu ausgebildet, um ein entsprechendes HF-Signal 2 zu erzeugen.
Die zumindest eine Modulgruppe 6 umfasst ein HF-Erzeugungsmodul 7, ein Referenzsignalerzeugungsmodul 8 und ein Regelmodul 9. In diesem Zusammenhang wird betont, dass die Verwendung unterschiedlicher Module lediglich die Lesbarkeit und die Verständlichkeit der Beschreibung des versatilen HF-Kontrollsystems 1 erleichtern soll. Grundsätzlich können Module ineinander übergehen, insbesondere digitale Einheiten können in einem gemeinsamen Halbleiterchip wie beispielsweise einem FPGA oder ASIC integriert sein.
Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um mit einer Vielzahl von Modulgruppen 6 zu kommunizieren. Ein Benutzer kann über das zentrale Steuerungsmodul 4 mit den einzelnen Modulgruppen 6 kommunizieren, um die auszugebenden HF-Signale 2 zu konfigurieren. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist außerdem dazu ausgebildet, um mit dem HF-Erzeugungsmodul 7, dem Referenzsignalerzeugungsmodul 8 und dem Regelmodul 9 innerhalb einer Modulgruppe 6 zu kommunizieren. In 1 ist eine derartige Kommunikationsschnittstelle gestrichelt dargestellt.
In den Figuren sind digitale Kommunikationsverbindungen vornehmlich durch gestrichelte Linien dargestellt, wohingegen analoge Signalwege durch durchgezogene Linien dargestellt sind.
Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um anhand der (vom Benutzer) empfangenen Parameter 5 Stellgrößen 10 für das HF-Erzeugungsmodul 7 der zumindest einen Modulgruppe 6 zu erzeugen. Diese Stellgrößen 10 sind an das HF-Erzeugungsmodul 7 übertragbar. In diesem Fall kann es sich bei den Stellgrößen 10 um Vorgaben für die Frequenz und Phase handeln.
Das HF-Erzeugungsmodul 7 umfasst beispielsweise eine erste DSP-Einheit 11 a und eine zweite DSP-Einheit 11 b. Das HF-Erzeugungsmodul 7 umfasst ebenfalls eine erste Frequenzsyntheseeinheit 12a und eine zweite Frequenzsyntheseeinheit 12b. Das HF-Erzeugungsmodul 7 ist dazu ausgebildet, um mittels der ersten DSP-Einheit 11 a und der ersten Frequenzsyntheseeinheit 12a ein erstes Phasenreferenzsignal 13 zu erzeugen. Das HF-Erzeugungsmodul 7 ist weiter dazu ausgebildet, um mittels der zweiten DSP-Einheit 11b und der zweiten Frequenzsyntheseeinheit 12b ein Trägersignal 14 zu erzeugen. Die erste DSP-Einheit 11 a und die zweite DSP-Einheit 11b sind über eine Schnittstelle (arithmetisch) miteinander verknüpft, um Daten austauschen zu können. Bei dieser Schnittstelle handelt es sich insbesondere um eine digitale Schnittstelle. Die erste DSP-Einheit 11 a und die zweite DSP-Einheit 11 b können in einem gemeinsamen FPGA oder ASIC realisiert sein.
Neben dem zentralen Steuerungsmodul 4 umfasst das versatile HF-Kontrollsystem 1 ein (zentrales) Takterzeugungsmodul 15 (siehe 6, 7). Das Takterzeugungsmodul 15 ist dazu ausgebildet, um Taktsignale für die einzelnen Modulgruppen 6 zu erzeugen und bereitzustellen. Vorzugsweise teilen sich die einzelnen Modulgruppen 6 ein Taktsignal.
Das Takterzeugungsmodul 15 umfasst in diesem Zusammenhang eine erste Takterzeugungseinheit (nicht dargestellt), die dazu ausgebildet ist, um einen ersten Referenztakt 16a zu erzeugen und an das HF-Erzeugungsmodul 7 der zumindest einen Modulgruppe 6 auszugeben. Das HF-Erzeugungsmodul 7 der zumindest einen Modulgruppe 6 ist dazu ausgebildet, um das Phasenreferenzsignal 13 und das Trägersignal 14 unter Verwendung desselben ersten Referenztakts 16a zu erzeugen.
Die erste Frequenzsyntheseeinheit 12a und die zweite Frequenzsyntheseeinheit 12b können in einem gemeinsamen Halbleiterchip oder in einem gemeinsamen Halbleiterchipgehäuse integriert sein.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das erste Phasenreferenzsignal 13 und das Trägersignal 14 zumindest bezüglich Frequenz und Phase identisch sind.
Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um anhand der (vom Benutzer) empfangenen Parameter 5 Stellgrößen 10 für das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 der zumindest einen Modulgruppe 6 zu erzeugen. Diese Stellgrö-ßen 10 sind an das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 übertragbar. In diesem Fall kann es sich bei den Stellgrößen 10 um Vorgaben für den zeitlichen Signalverlauf handeln.
Das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 umfasst beispielsweise eine erste DSP-Einheit 17a und eine zweite DSP-Einheit 17b. Das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 umfasst außerdem eine erste Signalsyntheseeinheit 18a und eine zweite Signalsyntheseeinheit 18b. Das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 ist dazu ausgebildet, um mittels der ersten DSP-Einheit 17a und der ersten Signalsyntheseeinheit 18a ein Amplitudenreferenzsignal 19 zu erzeugen. Das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 ist weiter dazu ausgebildet, um mittels der zweiten DSP-Einheit 17a und der zweiten Frequenzsyntheseeinheit 17b ein zweites Phasenreferenzsignal 20 zu erzeugen. Die erste DSP-Einheit 17a und die zweite DSP-Einheit 17b sind über eine Schnittstelle miteinander verknüpft, um Daten austauschen zu können. Bei dieser Schnittstelle handelt es sich insbesondere um eine digitale Schnittstelle. Die erste DSP-Einheit 17a und die zweite DSP-Einheit 17b können in einem gemeinsamen FPGA oder ASIC realisiert sein.
Die erste Signalsyntheseeinheit 18a und die zweite Signalsyntheseeinheit 18b können in einem gemeinsamen Halbleiterchip oder in einem gemeinsamen Halbleiterchipgehäuse integriert sein.
Das Takterzeugungsmodul 15 umfasst in diesem Zusammenhang eine zweite Takterzeugungseinheit (nicht dargestellt), die dazu ausgebildet ist, um einen zweiten Referenztakt 16b zu erzeugen und an das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 der zumindest einen Modulgruppe 6 auszugeben. Das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 der zumindest einen Modulgruppe 6 ist dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal 19 und das zweite Phasenreferenzsignal 20 unter Verwendung desselben zweiten Referenztakts 16b zu erzeugen.
Die erste DSP-Einheit 11a des HF-Erzeugungsmoduls 7 und die zweite DSP-Einheit 17b des Referenzsignalerzeugungsmoduls 8 können ebenfalls über eine digitale Schnittstelle miteinander verbunden sein, sodass das erste Phasenreferenzsignal 13 und das zweite Phasenreferenzsignal 20 miteinander verknüpfbar sind, wobei sich diese Verknüpfung auf Frequenz, Phase und/oder Amplitude bezieht.
Die erste DSP-Einheit 11 a und die zweite DSP-Einheit 12a des HF-Erzeugungsmoduls 7 und die erste DSP-Einheit 17a und die zweite DSP-Einheit 17b des Referenzsignalerzeugungsmoduls 8 können in einem gemeinsamen Halbleiterchip, insbesondere in einem gemeinsamen FPGA oder ASIC realisiert sein.
Das Regelmodul 9 umfasst insbesondere eine Phasenmanipulationsvorrichtung 21 und eine Amplitudenmanipulationsvorrichtung 22. Die Phasenmanipulationsvorrichtung 21 umfasst eine Phasendetektionseinheit 23 und eine Phasenregelungseinheit 24.
Die Phasendetektionseinheit 23 ist dazu ausgebildet, um das erste Phasenreferenzsignal 13 zu empfangen. Die Phasendetektionseinheit 23 ist weiterhin dazu ausgebildet, um ein gemessenes Phasensignal 25 zu empfangen. Die Phasendetektionseinheit 23 ist dazu ausgebildet, um eine Phasendifferenz aus dem ersten Phasenreferenzsignal 13 und dem gemessenen Phasensignal 25 zu bilden und diese Phasendifferenz als Phasendifferenzsignal 26 an die Phasenregelungseinheit 24 zu übergeben.
Die Phasenregelungseinheit 24 ist dazu ausgebildet, um in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden zu können. Der jeweilige erste bzw. zweite Betriebsmodus ist insbesondere durch das zentrale Steuerungsmodul 4 auswählbar, wobei das zentrale Steuerungsmodul 4 wiederum dazu ausgebildet ist, einen entsprechenden Parameter 5 von einem Benutzer zu empfangen, aus welchem der auszuwählende erste bzw. zweite Betriebsmodus hervorgeht. Der Parameter 5 umfasst in diesem Fall zumindest einen Betriebsparameter, der angibt, welcher Betriebsmodus auszuwählen ist.
Die Phasenregelungseinheit 24 ist im ersten Betriebsmodus dazu ausgebildet, um das Phasendifferenzsignal 26 und das zweite Phasenreferenzsignal 20 zu empfangen und daraus ein Phasenstellsignal 27 zu erzeugen.
Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist weiterhin dazu ausgebildet, um neben einem Parameter, insbesondere in Form des zumindest einen Betriebsparameters, einen Parameter, insbesondere in Form zumindest eines Regelparameters zu empfangen. Dieser zumindest eine Regelparameter kann ebenfalls vom Benutzer eingegeben und damit vorgegeben werden. Durch den zumindest einen Regelparameter ist die Phasenregelungseinheit 24 bezüglich ihrer Arbeitsweise im ersten Betriebsmodus unterschiedlich konfigurierbar. Bevorzugt ist der Reglertyp der Phasenregelungseinheit 24 in Abhängigkeit des zumindest einen Regelparameters aus einer Gruppe von mehreren Reglertypen auswählbar. Ergänzend oder alternativ kann eine Übertragungsfunktion aus einer Gruppe von Übertragungsfunktionen auswählbar sein bzw. es kann eine Übertragungsfunktion definiert werden, wobei die Übertragungsfunktion die Generierung des Phasenstellsignals 27 aus einer Differenz zwischen dem Phasendifferenzsignal 26 und dem zweiten Phasenreferenzsignal 20 beschreibt. Die Differenz kann auch als Phasenfehlersignal 28 (siehe 4) bezeichnet werden.
Befindet sich die Phasenregelungseinheit 24 im zweiten Betriebsmodus, so ist die Phasenregelungseinheit 24 dazu ausgebildet, um ein Phasenstellsignal 27 auszugeben, welches unabhängig vom Phasendifferenzsignal 26 ist. In diesem Fall kann das auszugebende Phasenstellsignal 27 über eine Stellgröße 10 von dem zentralen Steuerungsmodul 4 empfangen werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist wiederum dazu ausgebildet, um das auszugebende Phasenstellsignal 27 über einen Parameter 5 vom Benutzer zu empfangen. Es ist auch möglich, dass das auszugebende Phasenstellsignal 27 in einer Speichereinheit innerhalb der Phasenregelungseinheit 24 gespeichert ist. Die Speichereinheit kann beispielsweise Teil eines DAC sein.
Es wird nochmals betont, dass zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit 24 im Betrieb des versatilen HF-Kontrollsystems 1 hin- und her gewechselt werden kann. Das Hin- und Herwechseln kann insbesondere mehr als 1-Mal pro Minute, 10-Mal, 50-Mal, 100-Mal, 500-Mal oder mehr als 1000-Mal pro Minute erfolgen.
Es wird auch betont, dass beispielsweise die Phasendetektionseinheit 23 und die Phasenregelungseinheit 24 in einer gemeinsamen Einheit integriert sein können.
Das Phasenstellsignal 27 ist durch die Phasenregelungseinheit 24 an eine Phasenstelleinheit 29 übertragbar. Die Phasenstelleinheit 29 ist dazu ausgebildet, um das Trägersignal 14 und das Phasenstellsignal 27 zu empfangen und daraus ein phasenmanipuliertes Trägersignal 30 zu erzeugen. Die Phasenmanipulation erfolgt durch die Phasenstelleinheit 29 in Abhängigkeit des Phasenstellsignals 27.
Die Amplitudenmanipulationsvorrichtung 22 umfasst eine Amplitudenregelungseinheit 31. Die Amplitudenregelungseinheit 31 ist dazu ausgebildet, um in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden zu können. Der jeweilige erste bzw. zweite Betriebsmodus ist insbesondere durch das zentrale Steuerungsmodul 4 auswählbar, wobei das zentrale Steuerungsmodul 4 wiederum dazu ausgebildet ist, einen entsprechenden Parameter 5 von einem Benutzer zu empfangen, aus welchem der auszuwählende erste bzw. zweite Betriebsmodus hervorgeht. Der Parameter 5 umfasst in diesem Fall zumindest einen Betriebsparameter, der angibt, welcher Betriebsmodus auszuwählen ist.
Die Amplitudenregelungseinheit 31 ist im ersten Betriebsmodus dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal 19 und ein gemessenes Amplitudensignal 32 zu empfangen und daraus ein Amplitudenstellsignal 33 zu erzeugen.
Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist weiterhin dazu ausgebildet, um neben einem Parameter, insbesondere in Form des zumindest einen Betriebsparameters, einen Parameter, insbesondere in Form zumindest eines Regelparameters zu empfangen. Dieser zumindest eine Regelparameter kann ebenfalls vom Benutzer eingegeben und damit vorgegeben werden. Durch den zumindest einen Regelparameter ist die Amplitudenregelungseinheit 31 bezüglich ihrer Arbeitsweise im ersten Betriebsmodus unterschiedlich konfigurierbar. Bevorzugt ist der Reglertyp der Amplitudenregelungseinheit 31 in Abhängigkeit des zumindest einen Regelparameters aus einer Gruppe von mehreren Reglertypen auswählbar. Ergänzend oder alternativ kann eine Übertragungsfunktion aus einer Gruppe von Übertragungsfunktionen auswählbar sein bzw. es kann eine Übertragungsfunktion definiert werden, wobei die Übertragungsfunktion die Generierung des Amplitudenstellsignals 33 aus einer Differenz zwischen dem gemessenen Amplitudensignal 32 und dem Amplitudenreferenzsignal 19 beschreibt. Die Differenz kann auch als Amplitudenfehlersignal 34 (siehe 4) bezeichnet werden.
Befindet sich die Amplitudenregelungseinheit 31 im zweiten Betriebsmodus, so ist die Amplitudenregelungseinheit 31 dazu ausgebildet, um ein Amplitudenstellsignal 33 auszugeben, welches unabhängig vom gemessenen Amplitudensignal 32 ist. In diesem Fall kann das auszugebende Amplitudenstellsignal 33 über eine Stellgröße 10 von dem zentralen Steuerungsmodul 4 empfangen werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist wiederum dazu ausgebildet, um das auszugebende Amplitudenstellsignal 33 über einen Parameter 5 vom Benutzer zu empfangen. Es ist auch möglich, dass das auszugebende Amplitudenstellsignal 33 in einer Speichereinheit innerhalb der Amplitudenregelungseinheit 31 gespeichert ist. Die Speichereinheit kann beispielsweise Teil eines DAC sein.
Es wird nochmals betont, dass zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus der Amplitudenregelungseinheit 31 im Betrieb des versatilen HF-Kontrollsystems 1 hin- und her gewechselt werden kann. Das Hin- und Herwechseln kann insbesondere mehr als 1-Mal pro Minute, 10-Mal, 50-Mal, 100-Mal, 500-Mal oder mehr als 1000-Mal pro Minute erfolgen.
Es wird auch betont, dass beispielsweise die Amplitudenregelungseinheit 31, die Phasendetektionseinheit 23 und die Phasenregelungseinheit 24 in einer gemeinsamen Einheit integriert sein können. Die Phasendetektionseinheit 23, die Phasenregelungseinheit 24, die Phasenstelleinheit 29 und/oder die Amplitudenregelungseinheit 31 können mit analogen und/oder digitalen Komponenten aufgebaut sein.
Das Amplitudenstellsignal 33 ist durch die Amplitudenregelungseinheit 31 an eine Amplitudenstelleinheit 35 übertragbar. Die Amplitudenstelleinheit 35 ist dazu ausgebildet, um das phasenmanipulierte Trägersignal 30 von der Phasenstelleinheit 29 und das Amplitudenstellsignal 33 von der Amplitudenregelungseinheit 31 zu empfangen und daraus das HF-Signal 2 zu erzeugen und auszugeben. Die Einstellung der Amplitude erfolgt durch die Amplitudenstelleinheit 35 in Abhängigkeit des Amplitudenstellsignals 33.
Die Phasenmanipulationsvorrichtung 21 umfasst gemäß 1 zusätzlich auch noch die Phasenstelleinheit 29, wobei die Phasenstelleinheit 29 in diesem Fall in analoger Bauweise, insbesondere durch Verwendung eines analogen Phasenschiebers oder eines Mischers ausgeführt ist.
Die Amplitudenmanipulationsvorrichtung 22 umfasst gemäß 1 zusätzlich auch noch die Amplitudenstelleinheit 35, wobei die Amplitudenstelleinheit 35 in analoger Bauweise, insbesondere durch Verwendung zumindest eines Verstärkers und/oder einstellbaren Dämpfungsglieds ausgeführt ist.
Die Phasenmanipulationsvorrichtung 21 und die Amplitudenmanipulationsvorrichtung 22 sind in 1 vorzugsweise in analoger Bauweise ausgeführt. Sie können in eine gemeinsame Vorrichtung integriert sein. Insbesondere sind die Phasenmanipulationsvorrichtung 21 und die Amplitudenmanipulationsvorrichtung 22 auf einer gemeinsamen Leiterplattenanordnung angeordnet, wobei die gemeinsamen Leiterplattenanordnung vorzugsweise genau eine Platine umfasst.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen versatilen HF-Kontrollsystems 1. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist in 2 die Phasenstelleinheit 29 dazu ausgebildet, um das HF-Signal 2 zu erzeugen und auszugeben. In diesem Fall ist die Amplitudenstelleinheit 35 dazu ausgebildet, um das Trägersignal 14 zu empfangen und daraus ein amplitudenmanipuliertes Trägersignal 36 zu erzeugen und das amplitudenmanipulierte Trägersignal 36 der Phasenstelleinheit 29 zu übertragen. Die Amplitudenmanipulation des Trägersignals 14 erfolgt in der Amplitudenstelleinheit 35 anhand des Amplitudenstellsignals 33. Die Phasenstelleinheit 29 ist dazu ausgebildet, um das amplitudenmanipulierte Trägersignal 36 und das Phasenstellsignal 27 zu empfangen und daraus das HF-Signal 2 zu erzeugen und auszugeben. Die Phasenstelleinheit 29 ist dazu ausgebildet, um die Phase des amplitudenmanipulierten Trägersignals 36 in Abhängigkeit des Phasenstellsignals 27 zu manipulieren, wodurch das HF-Signal 2 erzeugt wird.
In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wäre es denkbar, dass die Amplitudenstelleinheit 35 in dem HF-Erzeugungsmodul 7 angeordnet ist. Die zweite DSP-Einheit 11b des HF-Erzeugungsmoduls 7 kann dazu ausgebildet sein, um das Amplitudenstellsignal 33 zu empfangen und die zweite Frequenzsyntheseeinheit 12b derart anzusteuern, dass diese direkt das amplitudenmanipulierte Trägersignal 36 an die Phasenstelleinheit 29 überträgt. In diesem Fall würde die Amplitudenmanipulationsvorrichtung 22 lediglich die Amplitudenregelungseinheit 31 umfassen, wobei die Amplitudenmanipulationsvorrichtung vorzugsweise digital arbeitet. Das Referenzerzeugungsmodul 8 wird in diesem Fall die erste Signalsyntheseeinheit 18a nicht benötigen, sodass das Amplitudenreferenzsignal 19 direkt durch die erste DSP-Einheit 17a des Referenzerzeugungsmoduls 8 erzeugt und an die Amplitudenregelungseinheit 31 übertragen wird. Die Amplitudenregelungseinheit könnte dabei auch in der ersten DSP-Einheit 17a des Referenzerzeugungsmoduls 8 integriert sein, wobei der ersten DSP-Einheit 17a des Referenzerzeugungsmoduls 8 noch das gemessene Amplitudensignal 32 zugeführt wird.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen versatilen HF-Kontrollsystems 1. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus 1 umfasst das HF-Erzeugungsmodul 7 die Phasenstelleinheit 29. Die Phasenstelleinheit 29 weist eine DSP-Einheit auf, bei welcher es sich insbesondere um die zweite DSP-Einheit 11b des HF-Erzeugungsmoduls 7 handelt. Die Phasenstelleinheit 29 umfasst ebenfalls eine Frequenzsyntheseeinheit, bei welcher es sich insbesondere um die zweite Frequenzsyntheseeinheit 12b des HF-Erzeugungsmoduls 7 handelt. Die zweite DSP-Einheit 11b des HF-Erzeugungsmoduls 7 kann dazu ausgebildet sein, um das Phasenstellsignal 27 zu empfangen und die zweite Frequenzsyntheseeinheit 12b derart anzusteuern, dass diese direkt das phasenmanipulierte Trägersignal 30 erzeugt und an die Amplitudenstelleinheit 35 überträgt. In diesem Fall würde die Phasenmanipulationsvorrichtung 21 lediglich die Phasendetektionseinheit 23 und die Phasenregelungseinheit 24 umfassen.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass das HF-Erzeugungsmodul 7 noch die Amplitudenstelleinheit 35 umfasst, wobei die Amplitudenstelleinheit 35 eine DSP-Einheit aufweist, bei welcher es sich insbesondere um die zweite DSP-Einheit 11b des HF-Erzeugungsmoduls 7 handelt und wobei die Amplitudenstelleinheit 35 eine Frequenzsyntheseeinheit aufweist, bei welcher es sich insbesondere um die zweite Frequenzsyntheseeinheit 12b des HF-Erzeugungsmoduls 7 handelt. In diesem Fall würde die Amplitudenregelungseinheit 31 das Amplitudenstellsignal 33 an das HF-Erzeugungsmodul 7 und insbesondere direkt an die zweite DSP-Einheit 11b des HF-Erzeugungsmoduls 7 übertragen. Die zweite Frequenzsyntheseeinheit 12b des HF-Erzeugungsmodul 7 wäre dann dazu ausgebildet, ein amplitudenmanipuliertes und phasenmanipuliertes Trägersignal auszugeben, bei welchem es sich um das HF-Signal 2 handelt. Dieses HF-Signal 2 würde bevorzugt noch zumindest einem Verstärker und/oder zumindest einem einstellbaren Dämpfungsglied zugeführt werden.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen versatilen HF-Kontrollsystems 1 mit zusätzlichen Weiterbildungen.
Das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 umfasst eine Referenzkonditionierungseinheit 37. Die Referenzkonditionierungseinheit 37 ist dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal 19 aus zumindest einem ersten Signal 38a und einem zweiten Signal 38b zu generieren. Das erste Signal 38a und das zweite Signal 38b sind zueinander verschieden. Das Referenzerzeugungsmodul 8 umfasst zur Erzeugung des ersten Signals 38a eine dritte Signalsyntheseeinheit 18c. Weiterhin umfasst das Referenzerzeugungsmodul 8 zur Erzeugung des zweiten Signals 38b eine vierte Signalsyntheseeinheit 18d. Das Referenzerzeugungsmodul 8 umfasst außerdem eine dritte DSP-Einheit 17c, wobei die dritte DSP-Einheit 17c dazu ausgebildet ist, um eine Wellenform für das erste Signal 38a zu erzeugen und die dritte Signalsyntheseeinheit 18c derart ansteuert, dass die dritte Signalsyntheseeinheit 18c das erste Signal 38a ausgibt. Das Referenzerzeugungsmodul 8 umfasst außerdem eine vierte DSP-Einheit 17d, wobei die vierte DSP-Einheit 17d dazu ausgebildet ist, um eine Wellenform für das zweite Signal 38b zu erzeugen und die vierte Signalsyntheseeinheit 18d derart ansteuert, dass die vierte Signalsyntheseeinheit 18d das zweite Signal 38b ausgibt.
Weiterhin ist dargestellt, dass die Amplitudenmanipulationsvorrichtung 22 der zumindest einen Modulgruppe 6 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 eine Amplitudenkalibriereinheit 39 umfasst.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Amplitudenkalibriereinheit 39 ist in 5 dargestellt.
Die Amplitudenkalibriereinheit 39 umfasst eine erste, zweite und/oder dritte Kalibrierstufe. Der Amplitudenkalibriereinheit 39 ist ein Eingangssignal 40 zuführbar, wobei die Amplitudenkalibriereinheit 39 unter Verwendung der ersten, zweiten und/oder dritten Kalibrierstufe dazu ausgebildet ist, um aus dem zuführbaren Eingangssignal das gemessene Amplitudensignal 32 zu erzeugen und auszugeben. Die erste Kalibrierstufe ist dazu ausgebildet, um dem zugeführten Eingangssignal 40 einen ersten Offsetwert 41 hinzuzuaddieren, um das zugeführte Eingangssignal 40 zu verschieben. Die zweite Kalibrierstufe ist dazu ausgebildet, um ein Eingangssignal der zweiten Kalibrierstufe zu verstärken. Die dritte Kalibrierstufe ist dazu ausgebildet, um einem Eingangssignal der dritten Kalibrierstufe einen zweiten Offsetwert 42 hinzuzuaddieren, um das Eingangssignal der dritten Kalibrierstufe zu verschieben.
Zur Erzeugung des ersten Offsetwerts 41 ist eine erste einstellbare Spannungsquelle 43 vorgesehen. Zur Erzeugung des zweiten Offsetwerts 42 ist eine zweite einstellbare Spannungsquelle 44 vorgesehen. Die erste und die zweite einstellbare Spannungsquelle 43, 44 sind vorzugsweise auf dem Regelmodul 9 oder dem Referenzsignalerzeugungsmodul 8 angeordnet. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um Parameter 5, insbesondere in Form von Spannungsparametern, von einem Benutzer zu empfangen und die erste und die zweite einstellbare Spannungsquelle 43, 44 gemäß den Spannungsparametern einzustellen. Die erste und die zweite einstellbare Spannungsquelle 43, 44 sind vorzugsweise in Form eines DAC realisiert.
Die zweite Kalibrierstufe umfasst vorzugsweise einen Instrumentenverstärker 45. Das zu kalibrierende Eingangssignal 40 wird bevorzugt an den nicht-invertierenden Eingang des Instrumentenverstärkers 45 angeschlossen, während die erste einstellbare Spannungsquelle 43 an den invertierenden Eingang des Instrumentenverstärkers 45 angeschlossen wird. Die Verstärkung des Instrumentenverstärkers 45 ist einstellbar. Diese Einstellung kann ebenfalls wieder durch einen Benutzer vorgenommen werden, wobei das zentrale Steuerungsmodul 4 dazu ausgebildet ist um einen Parameter 5, in Form eines Verstärkungsparameters zu empfangen und den Instrumentenverstärker 45 derart anzusteuern, dass dieser die gewünschte Verstärkung vornimmt.
Die Amplitudenkalibriereinheit 39 kann durch analoge Komponenten und/oder digital arbeitende Komponenten aufgebaut sein.
Weiterhin ist in 4 dargestellt, dass die zumindest eine Modulgruppe 6 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 ein erstes Bias-Tee 46 umfasst. Das erste Bias-Tee 46 ist dazu ausgebildet, um ein eingehendes Phasensignal 47 mit einer ersten Gleichspannung 48 zu überlagern. Das erste Bias-Tee 46 ist weiterhin dazu ausgebildet, um lediglich einen Wechselanteil des eingehenden Phasensignals 47 als gemessenes Phasensignal 25 an die Phasendetektionseinheit 23 auszugeben. Das erste Bias-Tee 46 kann außerhalb des Regelmoduls 9 oder in dem Regelmodul 9 angeordnet sein.
Die zumindest eine Modulgruppe 6 umfasst eine erste Gleichspannungsquelle 49, die dazu ausgebildet ist, um die erste Gleichspannung 48 für das erste Bias-Tee 46 der zumindest eine Modulgruppe 6 zu erzeugen und an das erste Bias-Tee 46 der zumindest einen Modulgruppe 6 zu übertragen. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Parameter 5, in Form eines ersten Bias-Parameters, zu empfangen. Dieser erste Bias-Parameter kann durch einen Benutzer vorgegeben werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um den ersten Bias-Parameter als Stellgröße 10 der ersten Gleichspannungsquelle 49 zuzuführen. Die erste Gleichspannungsquelle 49 ist dazu ausgebildet, um die erste Gleichspannung 48 in Abhängigkeit der empfangenen Stellgröße 10 einzustellen.
Bevorzugt liegt der zweite Referenztakt 16b, der durch das Takterzeugungsmodul 15 erzeugt wird, an der zweiten, dritten und vierten Signalsyntheseeinheit 18b, 18c und 18d an. Weiter vorzugsweise liegt der zweite Referenztakt 16b, der durch das Takterzeugungsmodul 15 erzeugt wird, an allen Komponenten innerhalb des Referenzsignalerzeugungsmoduls 8 an, die ein externes Taktsignal benötigen.
Weiterhin ist dargestellt, dass die zumindest eine Modulgruppe 6 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 ein zweites Bias-Tee 50 umfasst. Das zweite Bias-Tee 50 ist dazu ausgebildet, um das HF-Signal 2 mit einer zweiten Gleichspannung 51 zu überlagern. Das zweite Bias-Tee 50 ist weiter dazu ausgebildet, um das mit der zweiten Gleichspannung 51 überlagerte HF-Signal 2 auszugeben.
Nicht dargestellt ist, dass die zumindest eine Modulgruppe 6 in einem Ausführungsbeispiel eine zweite Gleichspannungsquelle umfasst, die dazu ausgebildet ist, um die zweite Gleichspannung 51 für das zweite Bias-Tee 50 der zumindest einen Modulgruppe 6 zu erzeugen und an das zweite Bias-Tee 50 der zumindest einen Modulgruppe 6 zu übertragen. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Parameter 5, in Form eines zweiten Bias-Parameters, zu empfangen. Dieser zweite Bias-Parameter kann durch einen Benutzer vorgegeben werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um den zweiten Bias-Parameter als Stellgröße 10 der zweiten Gleichspannungsquelle zuzuführen. Die zweite Gleichspannungsquelle ist dazu ausgebildet, um die zweite Gleichspannung 51 in Abhängigkeit der empfangenen Stellgröße 10 einzustellen.
Anstelle des Einsatzes der zweiten Gleichspannungsquelle schlägt das Ausführungsbeispiel aus 4 vor, dass die zumindest eine Modulgruppe 6 eine Biaspunktregeleinheit 52 aufweist. Die Biaspunktregeleinheit 52 ist dazu ausgebildet, um ein Biaspunktreferenzsignal 53 und ein gemessenes Biaspunktsignal 54 zu empfangen. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Parameter 5, in Form eines Bias-Referenzparameters, zu empfangen. Dieser Bias-Referenzparameter kann durch einen Benutzer vorgegeben werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um den Bias-Referenzparameter als Stellgröße 10, also als das Biaspunktreferenzsignal 53, der Biaspunktregeleinheit 52 zuzuführen. Die Biaspunktregeleinheit 52 ist dazu ausgebildet, um die zweite Gleichspannung 51 derart zu erzeugen, dass die Abweichung zwischen Biaspunktreferenzsignal 53 und dem gemessenen Biaspunktsignal 54 kleiner als ein insbesondere einstellbarer bzw. vorgegebener Schwellwert ist. Die Biaspunktregeleinheit 52 ist dann dazu ausgebildet, um die zweite Gleichspannung 51 an das zweite Bias-Tee 50 zu übertragen.
Weiterhin ist dargestellt, dass die zumindest eine Modulgruppe 6 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 zumindest eine Frequenzumsetzungseinheit 55 aufweist. Die Frequenzumsetzungseinheit 55 ist dazu ausgebildet, um ein lokales Oszillatorsignal 56 und das HF-Signal 2 zu empfangen. Die Frequenzumsetzungseinheit 55 ist weiter dazu ausgebildet, um eine Frequenz des HF-Signals 2 durch Mischung mit dem lokalen Oszillatorsignal 56 zu verändern und im Anschluss daran das HF-Signal 2 auszugeben.
Nicht dargestellt ist, dass die Frequenzumsetzungseinheit 55 noch eine Filtereinheit umfasst. Die Filtereinheit ist dazu ausgebildet, um ein bestimmtes Seitenband zu selektieren und das HF-Signal 2 zu filtern, um im Anschluss daran das HF-Signal 2 auszugeben. Die Filtereinheit kann beispielsweise durch einen einstellbaren Bandpass realisiert werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Parameter 5, in Form eines Filterparameters, zu empfangen. Dieser Filterparameter kann durch einen Benutzer vorgegeben werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um den Filterparameter als Stellgröße 10 der Filtereinheit zuzuführen, wodurch der einstellbare Bandpass ein bestimmtes Seitenband selektiert.
Dargestellt ist außerdem, dass das versatile HF-Kontrollsystem 1 und insbesondere die zumindest eine Modulgruppe 6 dem Benutzer Zugriff auf eine Vielzahl von Signalen erlaubt. Hierfür sind eine Vielzahl von Ausgabemittel vorgesehen. Bei dem Ausgabemittel kann es sich beispielsweise um eine Benutzeranzeige auf einem Bildschirm, einen digitalen Signalausgang und/oder einen analogen Signalausgang handeln. In 4 können das zweite Phasenreferenzsignal 20, das Amplitudenreferenzsignal 19, das gemessene Amplitudensignal 32, das Phasendifferenzsignal 26, das Phasenfehlersignal 28, das Amplitudenfehlersignal 34 und das Phasenstellsignals 27 entsprechenden Ausgabemitteln zugeführt werden. Nicht dargestellt ist, dass auch das gemessene Phasensignal 25 und das Amplitudenstellsignal 33 entsprechenden Ausgabemitteln zugeführt werden.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des versatilen HF-Kontrollsystems 1 mit mehreren Modulgruppen 6. Zu erkennen ist, dass das HF-Kontrollsystem 1 um beliebig viele Modulgruppen 6 erweitert werden kann. In 6 ist dargestellt, dass das HF-Kontrollsystem 1 zwei Modulgruppen 6 umfasst, wobei jede Modulgruppe 6 ein HF-Erzeugungsmodul 7, ein Referenzerzeugungsmodul 8 und ein Regelmodul 9 umfasst. Weiterhin umfasst das versatile HF-Kontrollsystem 1 ein zentrales Steuerungsmodul 4 und ein Takterzeugungsmodul 15. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dazu ausgebildet, um Benutzereingaben in Form von Parametern 5 zu empfangen. Das HF-Erzeugungsmodul 7 der jeweiligen Modulgruppe 6 ist dazu ausgebildet, um das erste Phasenreferenzsignal 13 und das Trägersignal 14 zu generieren und in diesem Ausführungsbeispiel an das Regelmodul 9 der jeweiligen Modulgruppe 6 zu übertragen. Das Referenzerzeugungsmodul 8 der jeweiligen Modulgruppe 6 ist dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal 19 und das zweite Phasenreferenzsignal 20 zu generieren und in diesem Ausführungsbeispiel an das Regelmodul 9 der jeweiligen Modulgruppe 6 übertragen. Das Regelmodul 9 der jeweiligen Modulgruppe 6 ist dazu ausgebildet, um das HF-Signal 2 auszugeben, und um das gemessene Phasensignal 25 und das gemessene Amplitudensignal 32 zu empfangen. Für jede Modulgruppe 6 wird daher ein gemessenes Phasensignal 25 und ein gemessenes Amplitudensignal 32 empfangen. Diese Signale 25, 32 unterscheiden sich natürlich von Modulgruppe 6 zu Modulgruppe 6. Stellgrößen 10 können beispielsweise von dem zentralen Steuerungsmodul 4 direkt an jede Modulgruppe 6 und innerhalb jeder Modulgruppe 6 an jedes einzelne Modul 7, 8, 9 diese Modulgruppe 6 übertragen werden.
Es ist weiterhin eine Backplane 57 zum Datenaustausch vorgesehen. Das HF-Erzeugungsmodul 7, das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 und das Regelmodul 9 der jeweiligen Modulgruppe sind mit der Backplane zum gegenseitigen Datenaustausch verbunden. Mit der Backplane 57 sind ebenfalls das zentrale Steuerungsmodul 4 und ein Takterzeugungsmodul 15 verbunden. Über die Backplane 57 können daher der erste Referenztakt 16a und der zweite Referenztakt 16b, die durch das Takterzeugungsmodul 15 erzeugt werden, dem HF-Erzeugungsmodul 7 und dem Referenzsignalerzeugungsmodul 8 in der jeweiligen Modulgruppe 6 zugeführt werden.
Es ist weiterhin gezeigt, dass das versatile HF-Kontrollsystem 4 ein Gehäuse 58 umfasst. In dem Gehäuse 58 sind insbesondere das zentrale Steuerungsmodul 4, das Takterzeugungsmodul 15 und die jeweiligen Modulgruppen 6 mit dem entsprechenden HF-Erzeugungsmodul 7, dem Referenzsignalerzeugungsmodul 8 und dem Regelmodul 9 angeordnet.
Es ist auch denkbar, dass es noch zumindest ein Energieversorgungsmodul (nicht dargestellt) gibt, welches zur Energieversorgung des zentralen Steuerungsmoduls 4, des Takterzeugungsmoduls 15 und der jeweiligen Modulgruppen 6 verwendet werden kann. Das Energieversorgungsmodul kann ebenfalls mit der Backplane 57 verbunden werden, sodass die Energieversorgung über die Backplane 57 stattfindet. Das Energieversorgungsmodul kann auf derselben Seite der Backplane 57 angeordnet sein wie das zentrale Steuerungsmodul 4, das Takterzeugungsmodul 15 und die jeweiligen Modulgruppen 6. Das Energieversorgungsmodul kann allerdings auch auf einer Rückseite der Backplane 57 angeordnet sein. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass es für jedes Modul 4, 7, 8, 9, 15 genau ein Energieversorgungsmodul gibt. In diesem Fall könnte das entsprechende Modul 4, 7, 8, 9, 15 mit seinem jeweiligen Energieversorgungsmodul bezogen auf die Backplane 57 gegenüberliegend (auf verschiedenen Seiten der Backplane 57) angeordnet werden.
7 zeigt eine räumliche Darstellung des versatilen HF-Kontrollsystems 1 aus 6. Zu erkennen ist das Gehäuse 58 des versatilen HF-Kontrollsystems 1. Dargestellt ist ebenfalls, dass das zentrale Steuerungsmodul 4 in einem Modulrahmen 59 angeordnet ist. Über diesen Modulrahmen 59 ist das zentrale Steuerungsmodul 4 in das Gehäuse 58 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 einschiebbar. Das Takterzeugungsmodul 15 ist ebenfalls in einem Modulrahmen 59 angeordnet. Über diesen Modulrahmen 59 ist das Takterzeugungsmodul 15 in das Gehäuse 58 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 einschiebbar.
Das HF-Erzeugungsmodul 7, das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 und das Regelmodul 9 sind ebenfalls (jeweils) in einem eigenen Modulrahmen 59 angeordnet. Über diese Modulrahmen 59 sind das HF-Erzeugungsmodul 7, das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 und das Regelmodul 9 in das Gehäuse 58 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 einschiebbar.
Die Modulrahmen 59 können dieselbe oder eine unterschiedliche Breite aufweisen. In 7 ist dargestellt, dass die Modulrahmen 59 für das HF-Erzeugungsmodul 7, das Referenzsignalerzeugungsmodul 8 und das Regelmodul 9 dieselbe Breite aufweisen.
Es ist auch denkbar, dass zumindest zwei oder alle Module 7, 8, 9 aus der Gruppe des HF-Erzeugungsmoduls 7, des Referenzsignalerzeugungsmoduls 8 und des Regelmoduls 9 in einem gemeinsamen Modulrahmen 59 untergebracht sind.
Bevorzugt findet der Datenaustausch von digitalen Daten zwischen dem zentralen Steuerungsmodul 4 und dem Takterzeugungsmodul 15, sowie zwischen den einzelnen Modulen 7, 8, 9 der jeweiligen Modulgruppe 6 lediglich über die Backplane 57 statt.
Ein Austausch von analogen Daten zwischen den Modulen 7, 8, 9 eine Modulgruppe 6 erfolgt vorzugsweise an der Modulfront über entsprechende Kabel und/oder Bügel.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Daten zwischen Modulen 7, 8, 9 einer Modulgruppe 6, die in unterschiedlichen Modulrahmen 59 angeordnet sind, lediglich als digitale Daten zwischen diesen Modulen 7, 8, 9 über die Backplane 57 übertragen. Dadurch sind diese Module 7, 8, 9 an einer beliebigen Stelle und mit einer beliebigen Anzahl in das Gehäuse 58 des versatilen HF-Kontrollsystems 1 einsetzbar. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist dann dazu ausgebildet, um verschiedene Modulgruppen 6 zu bilden, wobei das zentrale Steuerungsmodul 4 die notwendigen Module 7, 8, 9 für eine Modulgruppe 6 aus den verfügbaren Modulen 7, 8, 9 auswählt. Fällt ein Modul 7, 8, 9 aus, so kann der entsprechende Gehäuserahmen 59 mit dem defekten Modul 7, 8, 9 einfach aus dem Gehäuse 58 herausgezogen werden. Das zentrale Steuerungsmodul 4 ist bei Ausfall eines Moduls 7, 8, 9 unmittelbar in der Lage ein entsprechendes Ersatzmodul 7, 8, 9 aus nicht verwendeten Modulen 7, 8, 9 zu allokieren und der Modulgruppe 6 zuzuweisen.
Das zentrale Steuerungsmodul 4 kann außerdem dazu ausgebildet sein, um einen Defekt eines Moduls 7, 8, 9 durch ein entsprechendes Anzeigemittel, insbesondere in Form einer LED, an dem entsprechenden Modul 7, 8, 9 anzuzeigen.
Die Parameter 5, die das zentrale Steuerungsmodul 4 empfangen kann, können insbesondere Betriebsparameter, Regelparameter, Spannungsparameter, Verstärkungsparameter, erste Bias-Parameter, zweite Bias-Parameter, Bias-Referenzparameter, Filterparameter sein. Für diese Parameter 5 kann das zentrale Steuerungsmodul 4 entsprechende Stellgrößen 10 erzeugen und an die jeweilige Modulgruppe 6 bzw. das jeweilige Modul 7, 8, 9 innerhalb der Modulgruppe 6 übertragen.
Es wird auch betont, dass verschiedene Einheiten, Vorrichtungen und Module zusammengefasst werden können und die isolierte Darstellung hier insbesondere der besseren Übersicht wegen gewählt wurde. Insbesondere kann eine Zuordnung einer Einheit oder Vorrichtung zu einem bestimmten Modul von der hier dargestellten Zuordnung abweichen. Die Art der gewählten Zuordnung soll nicht als Limitierung verstanden werden.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel des optischen Verbunds 100 mit dem versatilen HF-Kontrollsystem 1 und einem optischen System 70. In der Darstellung der 8 sind der Übersichtlichkeit wegen nicht alle Komponenten des versatilen HF-Kontrollsystems 1 dargestellt, die bereits beschrieben wurden, wenngleich diese natürlich in der eigentlichen Ausführungsform vorhanden sind.
Das optische System 70 umfasst zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulator 71. Das HF-Signal 2 der zumindest einen Modulgruppe 6 ist als Eingangssignal einem Eingang des zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulators 71 zuführbar.
Das optische System 70 umfasst eine optische Signalquelle 72, um zumindest ein optisches Signal 73 erzeugen zu können. Die optische Signalquelle 72 ist bevorzugt ein Laser. Das optische Signal 73 ist dem akusto-optischen oder elektro-optischen Modulator 71 zuführbar. Der akusto-optische oder elektro-optische Modulator 71 ist dazu ausgebildet, dem optischen Signal 73 die Eigenschaften des HF-Signals 2 aufzuprägen und als moduliertes optisches Signal 74 auszugeben. Nach dem Durchlaufen einer optischen Übertragungsstrecke 75 kann das modulierte optische Signal als optisches Nutzsignal 76 einem Empfänger (nicht dargestellt) zugeführt werden. Wie bereits eingangs erläutert kann sich das optische Nutzsignal 76 bezüglich seiner Eigenschaften von dem modulierten optischen Signal 74 unterscheiden, weil die Übertragungsstrecke 75 auf das modulierte optische Signal 74 unerwünschte Fehler aufprägen kann. Um diese unerwünschten Fehler ausgleichen zu können, werden Phasenfehler im optischen Nutzsignal 76 über eine erste Photodiode 77 erfasst. Hierzu wird das optische Nutzsignal 76 in der Nähe des Empfängers durch eine Spiegelanordnung 78 teilweise zurück in Richtung der optischen Signalquelle 72 reflektiert. Zwischen der optischen Signalquelle 72 und dem akusto-optischen oder elektro-optischen Modulator 71 ist eine erste optische Auskoppelanordnung 79 vorgesehen. Die erste optische Auskoppelanordnung 79 ist dazu ausgebildet, um das optische Signal 73 (läuft in Vorwärtsrichtung), welches von der optischen Signalquelle 72 erzeugt wird, und um den reflektierten Teil des optischen Nutzsignals 76 (läuft in Rückwärtsrichtung) auszukoppeln und miteinander zu überlagern und der ersten Photodiode 77 zuzuführen. Die erste Photodiode 77 ist dazu ausgebildet, um das gemessene Phasensignal 25 der zumindest einen Modulgruppe 6 mittelbar oder unmittelbar zu erzeugen und an die Phasendetektionseinheit 23 der zumindest einen Modulgruppe 6 zu übertragen. Die Versorgungsspannung (erste Gleichspannung 48) der ersten Photodiode 77 kann beispielsweise durch das erste Bias-Tee 46 sichergestellt werden. Die Phaseninformation des optischen Nutzsignals 76 wird vorzugsweise durch ein optisches Heterodyne-Verfahren mithilfe der ersten Photodiode 77 in das (elektrische) gemessene Phasensignal 25 gewandelt. Bei Einsatz des ersten Bias-Tee 46 ist das gemessene Phasensignal 25 noch durch die Versorgungsspannung (erste Gleichspannung 48) überlagert und liegt als reines Wechselsignal am Ausgang des ersten Bias-Tee 46 an der Phasendetektionseinheit 23 an.
Weiterhin werden, um diese unerwünschten Fehler (z.B. Übertragungsfehler) ausgleichen zu können, Intensitätsfehler im optischen Nutzsignal 76 über eine zweite Photodiode 80 erfasst. In der Nähe des Empfängers ist eine zweite optische Auskoppelanordnung 81 vorgesehen. Die zweite optische Auskoppelanordnung 81 ist dazu ausgebildet, um einen Teil des optischen Nutzsignals 76 auszukoppeln und der zweiten Photodiode 80 zuzuführen, wobei die zweite Photodiode 80 dazu ausgebildet ist, um den ihr zugeführten Teil des optischen Nutzsignals 76 in das gemessene Amplitudensignal 32 zu wandeln. Die zweite Photodiode 80 ist weiter dazu ausgebildet ist, um das gemessene Amplitudensignal 32 für die zumindest eine Modulgruppe 6 zu erzeugen und an die Amplitudenregelungseinheit 31 der zumindest einen Modulgruppe 6 mittelbar oder unmittelbar zu übertragen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.
Bezugszeichenliste

1: Versatiles HF-Kontrollsystem
2: HF-Signal
4: Zentrales Steuerungsmodul
5: Parameter
6: Modulgrupp
7: HF-Erzeugungsmodul
8: Referenzsignalerzeugungsmodul
9: Regelmodul
10: Stellgrößen
11a: Erste DSP-Einheit
11b: Zweite DSP-Einheit
12a: Erste Frequenzsyntheseeinheit
12b: Zweite Frequenzsyntheseeinheit
13: Erste Phasenreferenzsignal
14: Trägersignal
15: Takterzeugungsmodul
16a: Erster Referenztakt
16b: Zweiter Referenztakt
17a: Erste DSP-Einheit
17b: Zweite DSP-Einheit
17c: Dritte DSP-Einheit
17d: Vierte DSP-Einheit
18a: Erste Signalsyntheseeinheit
18b: Zweite Signalsyntheseeinheit
18c: Dritte Signalsyntheseeinheit
18d: Vierte Signalsyntheseeinheit
19: Amplitudenreferenzsignal
20: Zweites Phasenreferenzsignal
21: Phasenmanipulationsvorrichtung
22: Amplitudenmanipulationsvorrichtung
23: Phasendetektionseinheit
24: Phasenregelungseinheit
25: Gemessenes Phasensignal
26: Phasendifferenzsignal
27: Phasenstellsignal
28: Phasenfehlersignal
29: Phasenstelleinheit
30: Phasenmanipuliertes Trägersignal
31: Amplitudenregelungseinheit
32: Gemessenes Amplitudensignal
33: Amplitudenstellsignal
34: Amplitudenfehlersignal
35: Amplitudenstelleinheit
36: Amplitudenmanipuliertes Trägersignal
37: Referenzkonditionierungseinheit
38a: Erstes Signal
38b: Zweites Signal
39: Amplitudenkalibriereinheit
40: Eingangssignal
41: Erster Offsetwert
42: Zweiter Offsetwert
43: Erste einstellbare Spannungsquelle
44: Zweite einstellbare Spannungsquelle
45: Instrumentenverstärker
46: Erstes Bias-Tee
47: Eingehendes Phasensignal
48: Erste Gleichspannung
49: Erste Gleichspannungsquelle

50: Zweites Bias-Tee
51: Zweite Gleichspannung
52: Biaspunktregeleinheit
53: Biaspunktreferenzsignal
54: Gemessene Biaspunktsignal
55: Frequenzumsetzungseinheit
56: Lokales Oszillatorsignal
57: Backplane
58: Gehäuse
59: Gehäuserahmen
70: Optisches System
71: Modulator
72: Optische Signalquelle
73: Optisches Signal
74: Moduliertes optisches Signal
75: Optische Übertragungsstrecke
76: Optisches Nutzsignal
77: Erste Photodiode
78: Spiegelanordnung
79: Erste optische Auskoppelanordnung
80: Zweite Photodiode
81: Zweite optische Auskoppelanordnung
100: Optischer Verbund 100

Claims

Versatiles HF-Kontrollsystem (1) mit einem zentralen Steuerungsmodul (4) und zumindest einer Modulgruppe (6), wobei die zumindest eine Modulgruppe (6) beispielsweise zur Erzeugung eines HF-Signals (2) zur Manipulation optischer Signale (73) oder zur Steuerung von Quantensystemen dient, und ein HF-Erzeugungsmodul (7), ein Referenzsignalerzeugungsmodul (8) und ein Regelmodul (9) umfasst, wobei das zentrale Steuerungsmodul (4) die folgenden Merkmale umfasst: - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um Parameter (5) für das zu erzeugende HF-Signal (2) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu empfangen; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um anhand der empfangenen Parameter (5) Stellgrößen (10) für: a) das HF-Erzeugungsmodul (7) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu erzeugen und an das HF-Erzeugungsmodul (7) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu übertragen; b) das Referenzsignalerzeugungsmodul (8) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu erzeugen und an das Referenzsignalerzeugungsmodul (8) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu übertragen; die zumindest eine Modulgruppe (6) umfasst die folgenden Merkmale: - das HF-Erzeugungsmodul (7) ist dazu ausgebildet, um anhand der zumindest einer empfangenen Stellgröße (10): a) ein erstes Phasenreferenzsignal (13); und b) ein Trägersignal (14); zu erzeugen und das erste Phasenreferenzsignal (13) an das Regelmodul (9) zu übertragen; - das Referenzsignalerzeugungsmodul (8) ist dazu ausgebildet, um anhand der zumindest einer empfangenen Stellgröße (10): a) ein zweites Phasenreferenzsignal (20); und b) ein Amplitudenreferenzsignal (19); zu erzeugen und an das Regelmodul (9) zu übertragen; - das Regelmodul (9) umfasst eine Phasenmanipulationsvorrichtung (21) und eine Amplitudenmanipulationsvorrichtung (22); - die Phasenmanipulationsvorrichtung (21) umfasst eine: a) Phasendetektionseinheit (23); b) Phasenregelungseinheit (24); - die Phasendetektionseinheit (23) ist dazu ausgebildet, um das erste Phasenreferenzsignal (13) und ein gemessenes Phasensignal (25) zu empfangen und eine Phasendifferenz zu bilden und als Phasendifferenzsignal (26) an die Phasenregelungseinheit (24) zu übertragen; - es ist eine Phasenstelleinheit (29) vorgesehen; - die Phasenregelungseinheit (24) ist dazu ausgebildet, um: a) in einem ersten Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit (24) das Phasendifferenzsignal (26) und das zweite Phasenreferenzsignal (20) zu empfangen und daraus ein Phasenstellsignal (27) zu erzeugen und das Phasenstellsignal (27) an die Phasenstelleinheit (29) zu übertragen; b) in einem zweiten Betriebsmodus der Phasenregelungseinheit (24) ein einstellbares und vom Phasendifferenzsignal (26) unabhängiges Phasenstellsignal (27) an die Phasenstelleinheit (29) zu übertragen; - die Amplitudenmanipulationsvorrichtung (22) umfasst eine Amplitudenregelungseinheit (31); - es ist eine Amplitudenstelleinheit (35) vorgesehen; - die Amplitudenregelungseinheit (31) ist dazu ausgebildet, um: a) in einem ersten Betriebsmodus der Amplitudenregelungseinheit (31) das Amplitudenreferenzsignal (19) und ein gemessenes Amplitudensignal (32) zu empfangen und daraus ein Amplitudenstellsignal (33) zu erzeugen und das Amplitudenstellsignal (33) an die Amplitudenstelleinheit (35) zu übertragen; b) in einem zweiten Betriebsmodus der Amplitudenregelungseinheit (31) ein einstellbares und vom gemessenen Amplitudensignal (32) unabhängiges Amplitudenstellsignal (33) an die Amplitudenstelleinheit (35) zu übertragen; und wobei a) die Phasenstelleinheit (29) dazu ausgebildet ist, um das Trägersignal (14) und das Phasenstellsignal (27) zu empfangen und daraus ein phasenmanipuliertes Trägersignal (30) zu erzeugen und das phasenmanipulierte Trägersignal (30) der Amplitudenstelleinheit (35) zu übertragen, wobei die Amplitudenstelleinheit (35) dazu ausgebildet ist, um das phasenmanipulierte Trägersignal (30) und das Amplitudenstellsignal (33) zu empfangen und daraus das HF-Signals (2) zu erzeugen und auszugeben; oder b) die Amplitudenstelleinheit (35) dazu ausgebildet ist, um das Trägersignal (14) und das Amplitudenstellsignal (33) zu empfangen und daraus ein amplitudenmanipuliertes Trägersignal (36) zu erzeugen und das amplitudenmanipulierte Trägersignal (36) der Phasenstelleinheit (29) zu übertragen, wobei die Phasenstelleinheit (29) dazu ausgebildet ist, um das amplitudenmanipulierte Trägersignal (36) und das Phasenstellsignal (27) zu empfangen und daraus das HF-Signals (2) zu erzeugen und auszugeben.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - es ist ein Takterzeugungsmodul (15) vorgesehen; - das Takterzeugungsmodul (15) umfasst zumindest eine erste Takterzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, um einen ersten Referenztakt (16a) zu erzeugen und an das HF-Erzeugungsmodul (7) der zumindest einen Modulgruppe (6) auszugeben; - das HF-Erzeugungsmodul (7) der zumindest einen Modulgruppe (6) ist dazu ausgebildet, um das Trägersignal (14) und das erste Phasenreferenzsignal (13) unter Verwendung desselben ersten Referenztakts (16a) zu erzeugen.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das Takterzeugungsmodul (15) umfasst zumindest eine zweite Takterzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, um einen zweiten Referenztakt (16b) zu erzeugen und an das Referenzsignalerzeugungsmodul (8) der zumindest einen Modulgruppe (6) auszugeben; - das Referenzsignalerzeugungsmodul (8) der zumindest einen Modulgruppe (6) ist dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal (19) und das zweite Phasenreferenzsignal (20) unter Verwendung desselben zweiten Referenztakts (16b) zu erzeugen.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - das Trägersignal (14) und das erste Phasenreferenzsignal (13) sind identisch.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - das Trägersignal (14) und das erste Phasenreferenzsignal (13) sind arithmetisch miteinander verknüpft, wobei sich die Verknüpfung auf Frequenz, Phase und/oder Amplitude bezieht.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - das erste Phasenreferenzsignal (13) und das zweite Phasenreferenzsignal (20) sind miteinander verknüpft, wobei sich die Verknüpfung auf Frequenz, Phase und/oder Amplitude bezieht.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - das Referenzsignalerzeugungsmodul (8) umfasst eine Referenzkonditionierungseinheit (37); - die Referenzkonditionierungseinheit (37) ist dazu ausgebildet, um das Amplitudenreferenzsignal (19) aus zumindest einem ersten Signal (38a) und einem zweiten Signal (38b) zu generieren, wobei das erste Signal (38a) und das zweite Signal (38b) verschieden sind.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - die Phasenmanipulationsvorrichtung (21) umfasst die Phasenstelleinheit (29), wobei die Phasenstelleinheit (29) in analoger Bauweise, insbesondere durch Verwendung eines analogen Phasenschiebers oder eines Mischers ausgeführt ist.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - das HF-Erzeugungsmodul (7) umfasst die Phasenstelleinheit (29), wobei die Phasenstelleinheit (29) eine DSP-Einheit (11 b) und eine Frequenzsyntheseeinheit (12b) aufweist.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - die Amplitudenmanipulationsvorrichtung (22) umfasst die Amplitudenstelleinheit (35), wobei die Amplitudenstelleinheit (35) in analoger Bauweise, insbesondere durch Verwendung zumindest eines Verstärkers und/oder zumindest eines einstellbaren Dämpfungsglieds, realisiert ist.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - das HF-Erzeugungsmodul (7) umfasst die Amplitudenstelleinheit (35), wobei die Amplitudenstelleinheit (35) eine DSP-Einheit (11 b) und eine Frequenzsyntheseeinheit (12b) aufweist.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Betriebsparameter (5) zu empfangen; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zumindest einen Betriebsparameters (5): a) die Phasenregelungseinheit (24) der zumindest einen Modulgruppe (6) derart anzusteuern, dass diese im ersten oder zweiten Betriebsmodus arbeitet oder den Betriebsmodus wechselt; b) die Amplitudenregelungseinheit (31) der zumindest einen Modulgruppe (6) derart anzusteuern, dass diese im ersten oder zweiten Betriebsmodus arbeitet oder den Betriebsmodus wechselt.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um zumindest einen Regelparameter (5) zu empfangen; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zumindest einen Regelparameters (5) die Phasenregelungseinheit (24) der zumindest einen Modulgruppe (6) derart zu konfigurieren, dass: a) ein Reglertyp der Phasenregelungseinheit (24) der zumindest einen Modulgruppe (6) aus einen von mehreren Reglertypen festlegbar ist; und/oder b) eine Übertragungsfunktion der Phasenregelungseinheit (24) der zumindest einen Modulgruppe (6) festlegbar ist, die eine Generierung des Phasenstellsignals (27) aus einer Differenz zwischen dem Phasendifferenzsignal (26) und dem zweiten Phasenreferenzsignal (20) beschreibt; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zumindest einen Regelparameters (5) die Amplitudenregelungseinheit (31) der zumindest einen Modulgruppe (6) derart zu konfigurieren, dass: a) ein Reglertyp der Amplitudenregelungseinheit (31) der zumindest einen Modulgruppe (6) aus einen von mehreren Reglertypen festlegbar ist; und/oder b) eine Übertragungsfunktion der Amplitudenregelungseinheit (31) der zumindest einen Modulgruppe (6) festlegbar ist, die eine Generierung des Amplitudenstellsignals (33) aus einer Differenz zwischen dem gemessenen Amplitudensignal (32) und Amplitudenreferenzsignal (19) beschreibt.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - die Amplitudenmanipulationsvorrichtung (22) umfasst eine Amplitudenkalibriereinheit (39); - die Amplitudenkalibriereinheit (39) umfasst eine erste, zweite und/oder dritte Kalibrierstufe; - der Amplitudenkalibriereinheit (39) ist ein Eingangssignal (40) zuführbar, wobei die Amplitudenkalibriereinheit (39) unter Verwendung der ersten, zweiten und/oder dritten Kalibrierstufe dazu ausgebildet ist, um aus dem zuführbaren Eingangssignal (40) das gemessene Amplitudensignal (32) zu erzeugen und auszugeben, wobei a) die erste Kalibrierstufe dazu ausgebildet ist, um dem zugeführten Eingangssignal (40) einen ersten Offsetwert (41) hinzuzuaddieren, um das zugeführte Eingangssignal (40) zu verschieben; b) die zweite Kalibrierstufe dazu ausgebildet ist, um ein Eingangssignal der zweiten Kalibrierstufe zu verstärken; c) die dritte Kalibrierstufe dazu ausgebildet ist, um einem Eingangssignal der dritten Kalibrierstufe einen zweiten Offsetwert (42) hinzuzuaddieren, um das Eingangssignal der dritten Kalibrierstufe zu verschieben.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - es ist ein erstes Bias-Tee (46) vorgesehen; - das erste Bias-Tee (46) ist dazu ausgebildet, um ein eingehendes Phasensignal (47) mit einer ersten Gleichspannung (48) zu überlagern; - das erste Bias-Tee (46) ist weiter dazu ausgebildet, um lediglich einen Wechselanteil des eingehenden Phasensignals (47) als gemessenes Phasensignal (25) an die Phasendetektionseinheit (23) auszugeben.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die zumindest eine Modulgruppe (6) umfasst eine erste Gleichspannungsquelle (49), die dazu ausgebildet ist, um die erste Gleichspannung (48) für das erste Bias-Tee (46) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu erzeugen und an das erste Bias-Tee (46) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu übertragen; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um zumindest einen ersten Bias-Parameter (5) zu empfangen; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen ersten Bias-Parameters (5) die erste Gleichspannungsquelle (49) der zumindest einen Modulgruppe (6) derart anzusteuern, dass diese die gewünschte erste Gleichspannung (48) erzeugt.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - es ist ein zweites Bias-Tee (50) vorgesehen; - das zweite Bias-Tee (50) ist dazu ausgebildet, um das HF-Signal (2) mit einer zweiten Gleichspannung (51) zu überlagern; - das zweite Bias-Tee (50) ist weiter dazu ausgebildet, um das mit der zweiten Gleichspannung (51) überlagerte HF-Signal (2) auszugeben.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - die zumindest eine Modulgruppe (6) umfasst eine zweite Gleichspannungsquelle die dazu ausgebildet ist, um die zweite Gleichspannung für das zweite Bias-Tee der zumindest einen Modulgruppe (6) zu erzeugen und an das zweite Bias-Tee der zumindest einen Modulgruppe (6) zu übertragen; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um zumindest einen zweiten Bias-Parameter (5) zu empfangen; - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist dazu ausgebildet, um in Abhängigkeit des empfangenen zweiten Bias-Parameters (5) die zweite Gleichspannungsquelle der zumindest einen Modulgruppe (6) derart anzusteuern, dass diese die gewünschte zweite Gleichspannung (51) erzeugt.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - es ist eine Biaspunktregeleinheit (52) vorgesehen; - die Biaspunktregeleinheit (52) ist dazu ausgebildet, um ein Biaspunktreferenzsignal (53) und ein gemessenes Biaspunktsignal (54) zu empfangen; - die Biaspunktregeleinheit (52) ist dazu ausgebildet, um die zweite Gleichspannung (51) derart zu erzeugen, dass die Abweichung zwischen Biaspunktreferenzsignal (53) und dem gemessenen Biaspunktsignal (54) kleiner als ein Schwellwert ist; - die Biaspunktregeleinheit (52) ist dazu ausgebildet, um die zweite Gleichspannung (51) an das zweite Bias-Tee (50) zu übertragen.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - es ist eine Frequenzumsetzungseinheit (55) vorgesehen; - die Frequenzumsetzungseinheit (55) ist dazu ausgebildet, um ein lokales Oszillatorsignal (56) und das HF-Signal (2) zu empfangen; - die Frequenzumsetzungseinheit (55) ist dazu ausgebildet, um eine Frequenz des HF-Signals (2) durch Mischung mit dem lokalen Oszillatorsignal (56) zu verändern und im Anschluss daran das HF-Signal (2) auszugeben.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - die Frequenzumsetzungseinheit umfasst eine Filtereinheit; - die Filtereinheit ist dazu ausgebildet, um ein bestimmtes Seitenband zu selektieren und das HF-Signal (2) zu filtern, um danach das HF-Signal (2) auszugeben.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) die folgenden Merkmale umfasst: - das versatiles HF-Kontrollsystem (1) umfasst zumindest ein Ausgabemittel, wobei über das zumindest eine Ausgabemittel zumindest ein Signal der nachfolgenden Gruppe von Signalen für einen Benutzer des versatilen HF-Kontrollsystems (1) ausgebbar ist: a) das zweite Phasenreferenzsignal (20); b) das Amplitudenreferenzsignal (19); c) das gemessene Phasensignal (25); d) das gemessene Amplitudensignal (32); e) das Phasendifferenzsignal (26); f) ein Phasenfehlersignal (28) zwischen zweitem Phasenreferenzsignal (20) und Phasendifferenzsignal (26); g) ein Amplitudenfehlersignal (34) zwischen Amplitudenreferenzsignal (19) und gemessenem Amplitudensignal (32); h) das Phasenstellsignal (27); i) das Amplitudenstellsignal (33).
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6a) das folgende Merkmal umfasst: - das zumindest eine Ausgabemittel ist: a) eine Benutzeranzeige auf einem Bildschirm; b) ein digitaler Signalausgang; und/oder c) ein analoger Signalausgang.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Modulgruppe (6) das folgende Merkmal umfasst: - das HF-Erzeugungsmodul (7), das Referenzerzeugungsmodul (8) und das Regelmodul (9) sind jeweils in einem eigenen Halbleiterchip oder in einem gemeinsamen Halbleiterchip integriert.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das versatile HF-Kontrollsystem (4) umfasst ein Gehäuse (58); - die zumindest eine Modulgruppe (6) ist in einem gemeinsamen Modulrahmen (59) in dem Gehäuse (58) des HF-Kontrollsystems (1) angeordnet; oder das HF-Erzeugungsmodul (7), das Referenzerzeugungsmodul (8) und das Regelmodul (9) der zumindest einen Modulgruppe (6) sind in zumindest zwei oder drei verschiedenen Modulrahmen (59) in dem Gehäuse (58) des HF-Kontrollsystems (1) angeordnet.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das zentrale Steuerungsmodul (4) ist in einem Modulrahmen (59) in dem Gehäuse (58) des HF-Kontrollsystems (1) angeordnet.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3 und einem der Ansprüche 25 oder 26, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - das Takterzeugungsmodul (15) ist in einem Modulrahmen (59) in dem Gehäuse (58) des HF-Kontrollsystems (1) angeordnet.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der Ansprüche 25 bis 27, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - es ist eine Backplane (57) zum Datenaustausch vorgesehen, wobei a) das HF-Erzeugungsmodul (7), das Referenzsignalerzeugungsmodul (8) und das Regelmodul (9) der jeweiligen Modulgruppe (6); und/oder b) das zentrale Steuerungsmodul (4); und/oder c) ein Takterzeugungsmodul (15); mit der Backplane (57) zum gegenseitigen Datenaustausch verbunden sind.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der Ansprüche 25 bis 28, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - es sind eine Vielzahl von Modulgruppen (6) vorgesehen, um mehrere HF-Signale (2) unabhängig voneinander zu erzeugen und auszugeben.
Versatiles HF-Kontrollsystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - das HF-Signal (2) ist insbesondere über eine Antenne und/oder eine Kabelanordnung einem Quantensystem zuführbar.
Optischer Verbund (100) aus einem versatilen HF-Kontrollsystem (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche und einem optischen System (70), wobei das optische System (70) zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulator (71) umfasst und wobei das HF-Signal (2) der zumindest einen Modulgruppe (6) als Eingangssignal einem Eingang des zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulators (71) zuführbar ist.
Optischer Verbund (100) gemäß Anspruch 31, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - es ist eine erste Photodiode (77) vorgesehen, wobei die erste Photodiode (77) dazu ausgebildet ist, um das gemessene Phasensignal (25) der zumindest einen Modulgruppe (6) mittelbar oder unmittelbar zu erzeugen und an die Phasendetektionseinheit (23) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu übertragen; - es ist eine zweite Photodiode (80) vorgesehen, wobei die zweite Photodiode (80) dazu ausgebildet ist, um das gemessene Amplitudensignal (32) für die zumindest eine Modulgruppe (6) zu erzeugen und an die Amplitudenregelungseinheit (31) der zumindest einen Modulgruppe (6) mittelbar oder unmittelbar zu übertragen.
Optischer Verbund (100) gemäß Anspruch 31, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - es ist eine gemeinsame Photodiode vorgesehen, wobei die gemeinsame Photodiode dazu ausgebildet ist, um sowohl das gemessene Phasensignal (25) als auch das gemessene Amplitudensignal (32) mittelbar oder unmittelbar zu erzeugen und an die jeweilige Phasendetektionseinheit (23) und die jeweilige Amplitudenregelungseinheit (31) der zumindest einen Modulgruppe (6) zu übertragen.
Optischer Verbund (100) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 33, gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: - ein Ausgang des zumindest einen akusto-optischen oder elektro-optischen Modulators (71) an ein Quantensystem anschließbar.
Messgerät aufweisend einen optischen Verbund (100) gemäß einem der Ansprüche 31 bis 33.