DE1949402A1

DE1949402A1 - Phasenvergleicher

Info

Publication number: DE1949402A1
Application number: DE19691949402
Authority: DE
Inventors: Baker Kenneth Geoffrey; Dews Kenneth William
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1969-09-30
Publication date: 1970-04-23
Also published as: GB1236829A; CH510882A; NO128636B; SE345324B; NL6914793A

Description

DR. MOLLER-BORi DlPL-ING. GRALFS DIPL-PHYS. 01. MANITZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL

München, don 30» 9. 1969 Gs/th - M 2021

MARCONI COMPANY LIMITED BUSH HOUSE» ALDWTCH, LONDON W.C.2.,

SHiGLAND

Phasenvergleicher

Die Erfindung Detrifft einen Phasenvergleicher und hat zur Aufgabe, einen verbesserten und verhallt niemäßig einfachen Phaeenvergleicher vorzusehen, der an einer Ausgangsklemme das liefert, was hier als ein "zweideutiges" Ausgangssignal genannt wird, das von der Phasenbeziehung zweier, dem Vergleicher zugeführte Hochfrequenzsignale (HF) herrührt, und an einer weiteren Ausgangeklemme das, was hier als ein "eindeutiges" Ausgangesignal bezeichnet wird, das von der Phasenbezi«»hung dieser beiden KP-Signalο herrührt. Die Bedeutung der vorhergehenden Ausdrücke "zweideutig* und "eindeutig" wird im folgenden erläutert.

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- Z-

Ein "eindeutiger" Phasenvergleicher erzeugt eine Gleichspannung, die den Wert O hat, wenn zwei dem Vergleicher zugeführte HF-Signale in Phase und von gleicher Amplitude sind, und die einen Maximalwert aufweist, wenn eine 1SO°-Phasendifferenz zwischen den beiden HF-Signalen gleicher Amplitude aufweisen. Das Vorzeichen der Gleichspannung iet das gleiche, wie immer auch daß Vorzeichen der Phasendifferenz ist, d. h« ob die Phase voreilt oder nacheilt. Der Ausdruck "eindeutig" wird fc allgemein auf diesen Vergleichertyp angewendet, da bei einer AusgangBgleichapannung von O keine Phasenzweideutigkeit besteht.

Bei dem "zweideutigen" Vergleichertyp weist der eigentliche Vergleicher, wie allgemein bekannt und verwendet, drei HF-Eingangssignale auf, von denen zwei von der ersten der zu vergleichenden HF-Quellen abgeleitet sind, und von denen das andere von der zweiten dieser Quellen geliefert wird. Die erste HF-Quelle, die aus Erklärungsgründen als Bezugsquelle fester Phase betrachtet werden kann, wird dazu verwendet, zwei Eingangssignale fester Phase für den eigentlichen Vergleicher zu erzeugen, wobei das eine 0° und das andere 100° aufweist. P Sind die beiden HF-Quellen in Phase, so v:eist die HF der zweiten Quelle (die das dritte HF-Eingangssignal dem eigentlichen Vergleicher liefert) 90° in bezug auf das von der ersten Quplle abgeleitete O°-Eingangssignal auf. Die drei HF-Eingangssignale sind zu zwei Paaren zusammengefaßt, nämlich 90°, 0° und 90°, 180°, und selbstverständlich hängt die Vektorsumme jedes Paares von der Phasenverschiebung der zweiten HF-Quelle in bezug auf die erste ab. Der Vergleicher richtet die Vektor-Bumme Jedes Paares gleich, um Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität zu erzeugen, und zwar die eine positiv und die andere negativ, und addiert diese Spannungen entgegen-

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gesetzter Polarität algebraisch, um eine resultierende Spannung vortusehen, die gleich Null ist, wenn die beiden EF-Quellen pbasengleich oder in einer 180°-Pbasenbezieliung sind, die eine Polarität aufweist, wenn die Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Quellen zwischen 0° und 180° liegt und welche die entgegengesetzte Polarität aufweist, wenn diese Phasenbeziehung zwischen 180° und 0° liegt. Der Ausdruck "zweideutig" wird auf diesen Vergleichertyp angewendet, weil eine resultierende Gleichspannung vom Wert Null erzeugt wird, wenn die beiden HF-Quellen in 0°- oder in 180°-Phasenbeziehung zueinander stehen.·

Es gibt zahlreiche Vorrichtungen, besonders diejenigen, welche zum automatischen Phasenausgleich das Gleichspannungsausgangssignal von einem Phasenvergleicher verwenden, die das Vorsehen sowohl des zweideutigen als auch des eindeutigen PhaBenvergleiche β zwischen zwei EP-Quellen erfordern. Werden, wie es gebräuchlich ist, zwei Phasenvergleich©*- verwendet, von denen der eine zweideutig und der andere eindeutig ist, so ist die resultierende Anordnung in unerwünschter WeiBe icomplex, da es normalerweise notwendig ist, von diesen beiden Quellen fünf HF-Eingangssignale bekannter Fhasonbeziehung abzuleiten, und zwar zwei für den zweideutigen Vergleicher und drei für den eindeutigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Phasenvergleicher zu schaffet, der nur zv;ei HF-Eingangasignele (gebildet von den beiden HF-^uall^ii znn. Kicsssvwrglcich.) erfordert und zwei Ausgajsgsklessen b-:-£ir.it, -^ -jsT^m eines Ende das Ergebnis der zweideutigen Pb&crnver^lsicJie und an deren anderen Erde das Ergebnis dee einreu^ie^K Hm?⁵^7^rgleiches verfügter sind.

OC .,S '■ 1

Gemäß der Erfindung kennzeichnet eich ein Phasenvergleicher, mit dem sowohl ein zweideutiger als auch ein eindeutiger Phasenvergleich von swei Eingangssignalen vorgesehen werden kann und bei dem das jeweilige Vergleichsergebnis an der einen oder der anderen der beiden Ausgangsklemmen verfügbar ist, durch vier yierpol-Lemda/4—Richtkopplervorrichtungon, Zwischenschaltungen, weiche die vier Yi rrichtungoi" in fr in er Hingfolge verbinden und bus Verbindungen. zw;.3chen eincE An--Schluß in jed#=r Vorrichtung und einem Anechluii ir» Jeder- der ψ beiden Vorrichtungen bestehen,die auf "beides Seiten von ihr in der Ringfolge gelegen sind₅ C;inen in einer diener .Yorb i eingeschlossener- 90⁰-Phaßenechieber, Mittel zum Führen einee Eingänge auf einen der verbleibenden Anschlüsse einer dieser Vorrichtungen, Kittel sue Führen des anderen Einganges au.-einC^n der verbleibenden AnschliißBe eiser zweiten dieser Vor richtungen, die von dieser- eiaea Vorrichtung in der RiBgI alge durch die verbleibenden beiden Vorrichtungen getrennt ist, Kittel SPJ-IQ Gleichrichten der faktorsuame Ίώρ beiden Signale, ■die άτι dem vorbleibenden Anßciiluß einer dieser- verbleit:enden beiöfiji forricätmageri ©r£choine-zi₃ um eiis eirAeutlgep. Auegangasinne 1 pm GTzmßfm^ !litte! sub· Gleichrichten uü "ΐΐ^;?ίβρ fir"-nslr_r liö sr* *sj.:~.qh ver1:-leibea<"!fir= -C-.h^-c

Rg der eatg©gG::2gT'30vste;2 Polarität su erseiigen, 113.0. Kittel r algeöiMieefeeE Addition der Isßidsa Giö

Eine bevorzugte Aueführungsform kennzeichnet sich durch vier Lamda/4—Kopplungsvorrichtungen, von denen Jede einen ersten, zweiten, dritten und vierten Anschluß "besitzt, eine Verbindung zwischen dem zweiten Anschluß der ersten Vorrichtung und dem ersten Anschluß der zweiten, eine Verbindung zwischen dem

/Anschluß,
vierten der zweiten Vorrichtung und dem zweiten Anschluß der dritten, eine Verbindung einschließlich eines 9O°-Phasenschiebers zwischen dem dritten Anschluß der dritten Vorrichtung und dem ersten Anschluß der vierten, eine Verbindung zwischen dem vierten Anschluß der vierten Vorrichtung und dem dritten Anschluß der ersten, drei Abschlußimpedanzen, die mit dem vierten Anschluß der ersten Vorrichtung, dem dritten Anschluß der dritten Vorrichtung und dem dritten Anschluß der vierten Vorrichtung verbunden sind, und zwar eine mit jedem und jede gleich dem Wellenwiderstand der Vorrichtung, mit der sie verbunden ist, Mittel zum Führen eines Eingangseignaleß auf den ersten Anschluß der ersten Vorrichtung und das andere auf den ersten Anschluß der dritten, einen Detektor, der zwischen dem zweiten Anschluß der vierten Vorrichtung und einer Ausgangeklemme verbunden ist, die ein eindeutiges Fhasenvergleichsausgangssignal vorsieht, zwei weitere Detektoren, mit denen Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität erzeugt werden können und die jeweils mit dem zweiten und dritten Anschlüssen der dritten Vorrichtung verbunden sind und durch eine Summierschaltung zur algebraischen Addition der beiden Gleichspannungen und zum Liefern des Ergebnisses an eine Ausgangsklemme, die zweideutige Phasenvergleichsausgangssignale vorsieht.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

?ig. 1 eine schematische Zeichnung einer bevorzugten Ausführung β form und die

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Figuren. 2 bis 6 schematische und graphische Darstellungen zur Erläuterung.

Nach Fig. 1 weist der gezeigte Phasenvergleicher vier Lamda/4-3 dB-Richtkoppler, drei Detektoren, eine GleichspannungBBummierschaltung und einen, bei dieser Ausführungsform durch eine LaJnda/4-Leitung gebildeten ^^Phasenschieber. Die Koppler Bind mit 1C, 2C, 3C und 4 C bezeichnet und weisen jeweils vier An-Schlüsse auf, die durch die Bezugszeichen 1C₁, 1C₂, ^C,, "¹⁰^i 2C₁, 2C₂, 2C₅, 2C₄? 3C₁, 3C₂, ^_y 3C₄; und 4C^, 4C₂, 4C₃, 4C^ bezeichnet sind. Die Detektoren sind mit iD_r 2D, 3D, die Summierschaltung mit S und die Lamda/4-Leitung mit QL bezeichnet. Auf den Vergleicher werden zwei zu vergleichende HF-Eingangasignale geführt. Eines davon, das als Eingangssignal A bezeichnet ist, wird der Anschlußklemme A »n^ das andere, als Eingangssignal B bezeichnet, wird der Anschlußklemme B zugeführt. In Fig. 1 und ebenso in den erläuternden Figuren 2 und 5 sind die bestimmten Phasen neben den Anschlüssen des Kopp 1 ers bezeichnet, an denen sie erscheinen. Die angegebenen Phasen mit dem Index A beziehen sich auf das Eingangssignal A und die mit dem . Index B auf das Eingangssignal B. Diese Phasen sind durchwegs ·. diejenigen, die bei PhaBengleichheit der beiden HF-Eingangssignale A und B auftreten.

Vor einer weiteren Beschreibung der Fig. 1 werden die erläuternden Figuren 2 bis 6 betrachtet, von denen Fig. 2 einen zweideutigen Vergleicher zeigt, auf den sich die Kurven der Figuren 3 und 4 beziehen und Fig. 5 zeigt einen eindeutigen Vergleicher, auf den sich die Kurve der Fig. 6 bezieht. In Fig. 2 wird das Eingangssignal A der Phase 0·⁵ _auf a_en Anschluß C₁ einos Laada/4-3 dB-Richtkopplers C geführt und die Phase

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dieses Signals an Anschluß C₂ ist die gleiche, bo daß O°_A an diesen beiden Anschlüssen vorliegt. An Anschluß C* ist das Signal A um 90° verzögert und so erscheint dort 90°^· Sind die Anschlüsse Co und C, durch den Wellenwiderstand des Kopplers abgeschlossen, erzeugt aas Signal A keine Leistung am Anschluß C^.

Das Signal B wird auf den Anschluß C^ geführt. Unter Annahme, daß die Signale A und B in Phase sind, weist das Signal B am Anschluß C^ eine PhaBenbeziehung von 180° gegenüber dem Signal A am Anschluß C^ auf. Dies iet durch die Bezeichnung 180°t, bei Anschluß C,. angegeben. Das Eingangssignal B am Anschluß

*♦· /erzeugt
C^ - wie angegeben -'Signale an den Anschlüssen C, und C^ mit

Phasen 150° bzw. 270°. Der Detektor 1D richtet die Vektorsumme der beiden Signale am Anschluß C^ gleich, während der Detektor 2D die Vektorsumme der beiden Signale am Anschluß C, gleichrichtet, wobei die beiden Detektoren Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität erzeugen. Diese beiden Spannungen werden algebraisch mittels der Summierschaltung S addiert, die bei AM eine zweideutige Phasenvergleichsausgangsspannung. erzeugt, die bei Phasen- und Aaplitu-äengleichheit der Signale A und B Null ist. Die Detektoren 12 und 2D besitzen Impedanzen, die gleich der.. Wellenwiderstand dee Kopplers sind, se daß an den Anschlüssen <% und C_x keine Eeflexion auftritt«

Die obere und die untere- Kurve der Fig. 3 zeigen jeweils die GleichspannungsausgangBsignale V der Detektoren 1D und 2D, wenn die Phase des Signales B an der Anschlußklemme B von der des Signaleo A an der Anschl-iiiklemme; A verschieden ist, während die Kurve der Fig. ··· die estsprechende Kurve der Spannung an der Ausgangskleinac' AK darstellt* Wie ersichtlich, geht sie

durch. SuIl, wenn die Eingangssignale A und B entweder in Phase sind, oder unter 180° zueinander stehen.

Bei dem eindeutigen Vergleicher nach Fig. 5 wird das Signal A auf den Anschluß CL des Larada/4- 3 dB-Richtkopplers C und das Signal B auf den Anschluß CL geführt. Der Anschluß C, ist mit dem Vellenwideretand des Kopplers abgeschlossen,

*"' was in üblicher Weise bei TH dargestellt ist. Unter der Annähme, daß die Eingangssignale A und B in Phase sind, ist das Signal B am Anschluß C^ .gegenüber, dem Signal A am Anschluß CL um 90° phasenverschoben, was durch"die Bezeichnung 9O⁰Jj neben dem Anschluß C^ angegeben ist. Das Eingangssignal A erzeugt 0°_A am Anschluß Cp und 90°^ an C,, während das Eingangssignal B 180°« am Anschluß Cg und 90°g am Anschluß C, wie dargestellt erzeugt'. Die Vektoreumme der beiden Signale an Anschluß Op wird durch den Detektor JD bestimmt, der, ähnlich 1D und 2B der Fig. 2 eine Iopedanz aufweist, die gleich der Welleziiapedanz des Kopplers iat, und es erscheint ein eindeutigee Fhasenvergleichsausgangssignfil an der Ausgangeklesame HAK. Die Fig. 6 zeigt graphisch die Änderung der

fc Ausgangs spannung T an der Anschlußklesee HAH, wenn sich die PhaeeabeZiehung der Eingangssignale A und B verändert. Wie zu ersehen ist, fällt die Spannung V &ur gegen KuIl, wenn die Phasengleichheit beetent.

Wieder auf Fig. 1 bezogen, wird das Signal A an der Kleaaae A zu dem Anscnluß 1C^ des Kopplere 1C gefülirt, der 0°_A an den Anschlüssen 1C^ und 1C₂ und 90°_A am Anschluß 10, erzeugt. Der Anschluß 1C^ ist mit dem Wellenwiderstand des Kopplere 1G, wie bei 1TR angegeben, abgeschlossen.

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Das Signal B an der Klemme B wird auf den Anschluß 3C^ dee Kopplers JC geführt, der 180°_B an den Anschlüssen 3C^ und und 27O°g am Anschluß 30, dieses Kopplers erzeugt. Der,Anschluß 3Ö4 ist mit dem Wellenwiderstand des Kopplers, wie bei ySSu angegeben, abgeschlossen. Der Anschluß 1Cg des Kopp

lers 10 ist mit dem Anschluß 2C^ eines weiteren kopplers 2C verbunden, und der Anschluß 3Co ^^es Kopplers JG ist mit dem Anschluß 2C^ des Kopplers 20 verbunden» folglich erscheinen im Koppler 20 die Phase 0°_A an 2C^, die Phasen 0°_A und 270°_B an 2C₂, die Phasen 90°_A und 180°_B an 20, und die Phase 180°_B an 2C^. Die Vektorsumme der beiden Signale an 2Cg wird durch den Detektor 1D bestimmt und die Vektorsumme der beiden Signale an 20, durch den Detektor 2D. Diese Detektoren sind angeordnet, um Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität zu erzeugen, und jeder weist eine Impedanz auf, die glei-ch dem Wellenwiderstand des.Kopplers 20 ist. Die beiden Gleichspannungen werden durch die Summierungeschaltung algebraisch addiert, und ein zweideutiges Phasenvergleichsausgangssignal erscheint an der Auagangsklemme AM.

Der Anschluß 3C, des Kopplers 3C ist durch eine Lamda/4-Leitung QL ader einen anderen geeigneten 90°-Phasenverschieber mit dem Anschluß 4C- des vierten Kopplere 40 verbunden, dessen Anschluß 40, mit dem Wellenwiderstand dieses Kopplers, wie" bei 4IR angegeben, abgeschlossen ist. Die Anschlüsse 4C^ des Kopplers 40 und IC, des Kopplere 10 sind miteinander verbunden. Folglich erscheint im Koppler 40 die Phase 36O°_B (- 0°_B) am Anschluß 4C^, die Phasen 0°_B und 180°_A am Anschluß 4C₂, die Phasen 90°_A und 9Ö°_B am Anschluß 40, und die Phase 90°_A Ahlß W Di V

am Anschluß W^, Die VektoreuKme der beiden Signale am Anschluß des Kopplere 40 wird durch den Detektor 3D beetiiamt,. d«r

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- ίο -

eine Impedanz aufweist, die mit den Wellenwiderstand dieses Kopplers Übereinstimmt, und der ein eindeutiges Ausgangssignal an der Klemme NAM liefert.

Vergleicht man die Pig. 1 mit den Figuren 2 und 5i so sieht man, daß in Fig. 1 die Addition von zwei Lamda/4~3dB-Richtkopplern und eines 90 -Phasenverschiebers eine Anordnung schafft, die tatsächlich einen zweideutigen und einen eindeutigen Phasenvergleieher darstellt, und durch die beiden Hochfrequenzen gesteuert wird, deren Phasen verglichen werden müssen.

Vorzugsweise sind die beiden Koppler,- wie gezeigt_t vom sogenannten Leitungstyp, aber es können selbstverständlich auch beliebige elektrisch äquivalente Koppler verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

fhasenvergleicher sum sowohl zweideutigen, als auch eindeutigen Phasenvergleich zweier Eingangseignale und zur Abgabe der Ergebnisse der Vergleiche, und zwar Jedeβ an der einen oder an der anderen der beiden Ausgangsklemmen, gekennzeichnet durch vier Vierpol-Laada/4-Richtkopplervorrichtungen, Zwischenschaltungen, welche die Tier Torrichtungen in einer Bingfolge verbinden und aus Verbindungen zwischen einen Anschluß ζ port) in ,jeder Torrichtung und einen Anschluß in jeder der beiden Vorrichtungen bestehen die auf beiden Seiten von ihr in der Bingfolge gelegen sind, einen in einer dieser Verbindungen eingeschlossenen 9O°-Phasenechieber, Mittel sum Führen eines Eingangs auf einen der Verbleibenden Anschlüsse einer dieser Vorrichtungen, Kittel sub Führen des anderen Einganges auf einen der verbleibenden Anschlüsse einer sweiten dieser Vorrichtungen, die von dieser einen Vorrichtung in der Bingfolge durch die verbleibenden beiden Vorrichtungen getrennt ist, Mittel sub Gleichrichten der Vektorsunsae der beiden Signale, die. an de» verbleibenden Anschluß einer dieser verbleibenden beiden Vorrichtungen erscheinen, ua ein eindeutiges Auegangseignal su'erseugen, Kittel sun Gleichrichten der Vektorsuame eweier Signale, die an einen verbleibenden Anschluß der anderen dieser verbleibenden beiden Vorrichtungen erscheinen, um eine Gleichspannung einer Polarität BU erseugen, Kittel sum Gleichrichten der Vektor summe Eweier Signale, die an einem anderen verbleibenden Anschluß dieser anderen dieser verbleibenden beiden Vorrichtungen

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die mit dem viertBn JbiscnlTiB der erBten ^orrlchteiiig, -dem dritten ^aacnluB der dritten T^orricntung und dea dritten der äderten ¥orrlciitiing verbunden simd,, tund zwar

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vorsieht, zwei weitere Detektoren, mit denen Gleichspannungen entgegengesetzter Polarität erzeugt werden können und die jeweils mit den zweiten und dritten Anschlüssen der dritten Vorrichtung verbunden sind und durch eine Summierschaltung zur algebraischen Addition der beiden Gleichspannungen und zum Liefern des.Ergebnisses an eine Ausgangsklemme, die zweideutige Phaäenvergleichsausgangssignale vorsieht.

O0f317/13?!