DE19608966A1 - Verfahren zur Einstellung der Phase und des Betrages eines analogen Signals und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Einstellung der Phase und des Betrages eines analogen Signals und Anordnung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der
Phase sowie des Betrages eines analogen Signals nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur
Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Pa
tentanspruches 6.
In vielen technischen Anwendungsfällen, insbesondere der
Nachrichtentechnik, ist es erforderlich, zu einem analogen
Eingangssignal ein entsprechendes analoges Ausgangssignal,
dessen Betrag (Amplitude) sowie dessen Phase geändert
sind, zu erzeugen. Bei elektrischen Signalen ist es bei
spielsweise üblich, die Phase des Signals mittels entspre
chender Reaktanzen (Induktivität, Kapazität) zu verändern.
Amplituden sind beispielsweise durch Abschwächer oder Ver
stärker veränderbar. Sollen beispielsweise gleichzeitig
Phase und Amplitude geändert werden, so ist es nahelie
gend, beispielsweise eine Reihenschaltung von einem ein
stellbaren Phasenglied (Phasensteller) und einem nach
geschalteten einstellbaren Verstärker zu verwenden. Mit
dem Verstärker ist vorteilhafterweise eine Entkopplung der
Phasen- sowie der Amplitudeneinstellung (Betragseinstel
lung) möglich.
Derartige Anordnungen benötigen in nachteiliger Weise zwei
im allgemeinen unterschiedliche Steuersignale, nämlich ei
nes, das an die Eigenschaften des Phasenstellgliedes ange
paßt ist, und ein anderes, das an die Eigenschaft des Am
plitudenstellgliedes angepaßt ist.
Soll nun eine solche Phasen- sowie Amplitudeneinstellung
im Hoch- oder Höchstfrequenzbereich, beispielsweise im
GHz-Bereich, durchgeführt werden, so müssen bei den Pha
sen- sowie Amplitudenstellgliedern auch deren parasitäre
Eigenschaften berücksichtigt werden. Denn in diesem Fre
quenzbereich sind Phasen- und Amplitudeneinstellungen im
allgemeinen nicht vollständig unabhängig voneinander ein
stellbar. Diese parasitären Eigenschaften sind außerdem
von Herstellungs- und/oder Materialtoleranzen der verwen
deten Bauelemente abhängig.
Diese parasitären Eigenschaften sind insbesondere dann
störend, wenn zu einem Eingangssignal mehrere Ausgangs
signale erzeugt werden müssen, bei denen in vorgebbarer
Weise veränderbare Phasen- sowie Amplitudeneinstellungen
durchgeführt werden müssen. Ein solcher Anwendungsfall ist
beispielsweise bei der Radartechnologie bei einer soge
nannten phasengesteuerten Antenne vorhanden. Diese besteht
im wesentlichen aus einer Vielzahl von Strahlerelementen,
mit denen ein elektronisch gesteuertes Schwenken des An
tennenrichtdiagramms dadurch ermöglicht wird, daß die so
genannte Phasen- und/oder Amplitudenbelegung der Antenne
in vorgebbarer Weise gesteuert wird. Dafür ist eine ent
sprechende Phasen- sowie Amplitudensteuerung der elektri
schen Sende- und/oder Empfangssignale erforderlich, die zu
jedem einzelnen Strahlerelement gehören.
Bei einer solchen Anordnung kann der störende Einfluß der
erwähnten parasitären Eigenschaften beispielsweise durch
eine Verringerung der entsprechenden Toleranzbereiche und/
oder durch Eich- sowie Abgleichvorgänge beseitigt werden.
Dieser ist aber in nachteiliger Weise kostenungünstig so
wie technisch aufwendig. Denn für die Durchführung der
Eich- sowie Abgleichvorgänge ist beispielsweise für jeden
Phasensteller und jeden Amplitudensteller jeweils ein zu
gehöriger Abgleicheinsteller erforderlich, mit welchem le
diglich die parasitären Eigenschaften ausgeglichen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gat
tungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit dem eine Phasen- und
Amplitudeneinstellung möglich wird, insbesondere bei meh
reren gleichartigen Phasen- und Amplitudenstellgliedern,
ohne daß bei diesen ein individueller Eich- und/oder Ab
gleichvorgang erforderlich wird.
Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden
Teilen der Patentansprüche 1 und 6 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind
den weiteren Ansprüchen entnehmbar.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ledig
lich mit einer Art eines Steuersignals in einem weiten Be
reich eine im wesentlichen unabhängige Einstellung der
Phase und der Amplitude (Betrag) möglich wird.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß eine Herstellung
derartiger Phasen- und Amplitudenstellglieder in kosten
günstiger Weise so genau erfolgen kann, daß bei Verwendung
einer Vielzahl dieser Stellglieder kein individueller Ab
gleich erforderlich ist, um Stellglieder mit gleichen Ei
genschaften herzustellen.
Ein dritter Vorteil besteht darin, daß insbesondere bei
Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten ein kostengünstiger
und schneller Austausch defekter Phasen- und Amplituden
stellglieder möglich wird, ohne daß anschließend Eich
und/oder Abgleichvorgänge erforderlich werden.
Ein vierter Vorteil besteht darin, daß eine sehr wirt
schaftliche Lagerhaltung von Ersatzteilen möglich wird,
denn es muß lediglich ein Phasen- und Amplitudensteller
gelagert werden im Gegensatz zu der individuellen Lagerung
der diskreten Komponenten Phasensteller sowie Amplituden
steller.
Ein fünfter Vorteil besteht darin, daß bei einer Verwen
dung von Phasenstellern, die lediglich aus passiven Bau
elementen, beispielsweise Induktivitäten (Spulen) und/oder
Kapazitäten (Kondensatoren), aufgebaut sind, ein hoher dy
namischer Arbeitsbereich ermöglicht wird.
Ein sechster Vorteil besteht darin, daß sich bei Verwen
dung von passiven, digital ansteuerbaren Phasenstellern
die erreichbare Phasenauflösung um ein Bit (vorgebbares
Phaseninkrement) vergrößert.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf eine schematisch darge
stellte Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Blockbild
zur Erläuterung der Erfindung. Ein an einem Signaleingang
E anliegendes analoges Eingangssignal EG wird einer Si
gnalaufteilung SA zugeführt und dort in zwei parallel ge
schaltete, vorzugsweise gleiche Pfade aufgeteilt. Jeder
Pfad enthält lediglich einen einstellbaren Phasensteller
PH1, PH2, die vorzugsweise gleich aufgebaut sind und über
zugehörige Steuersignale ST1, ST2 entsprechend der einzu
stellenden Phasenverschiebung eingestellt werden. Die Aus
gangssignale der Phasensteller werden in einer
Signalzusammenführung SZ zusammengeführt und an einen Signalaus
gang A gelegt.
Bei einer solchen Anordnung entstehen also aus einem ana
logen Eingangssignal EG = A · cos(wt), wobei A den Betrag
(Amplitude) und wt die Phase des Signals bedeuten, nach
der Signalaufteilung SA zwei vorzugsweise gleiche Einzel
signale E1, E2 mit E1 = E2 = A/2 · cos(wt). Nach den Pha
senstellern PH1, PH2 entstehen daraus die zugehörigen pha
senverschobenen Signale EA1, EA2 mit EA1 = (A/2) · cos(wt
+ ϕ1 und EA2 = (A/2) · cos(wt) + ϕ2), wobei ϕ1, ϕ2 die an
den Phasenstellern PH1, PH2 eingestellten Phasen
verschiebungen t, die Zeit und w die Kreisfrequenz bedeu
ten. Nach der Signalzusammenführung SZ entsteht ein Aus
gangssignal AS entsprechend dem Additionstheorem für Si
nus-Funktionen entsprechend der Formel
AS = EA1 + EA2 = (A/2)[cos(wt + ϕ1) + cos (wt + ϕ2)]
= A · cos [(ϕ1-ϕ2)/2] · cos [wt + (ϕ1 + ϕ2)/2]
= B · cos (wt + 0).
= A · cos [(ϕ1-ϕ2)/2] · cos [wt + (ϕ1 + ϕ2)/2]
= B · cos (wt + 0).
Dabei entspricht der Term A · cos((ϕ-ϕ2)/2] = B dem Be
trag (Amplitude) und der Term wt + (ϕ1 + ϕ2)/2 = wt + 0
der Phasenlage des Ausgangssignals AS bezogen auf den Be
trag und die Phase des Eingangssignals EG. Aus diesen For
meln ist ersichtlich, daß bei dem Ausgangssignal AS dessen
Betrag und dessen Phase allein durch entsprechende Ein
stellungen der Phasensteller PH1, PH2 geändert werden
können.
Werden für die Phasensteller PH1, PH2 beispielsweise durch
die Steuersignale ST1, ST2 einstellbare Verzögerungslei
tungen verwendet, so ist die dargestellte Anordnung an
sehr unterschiedliche Signale, beispielsweise elektrische
oder optische oder akustische Signale, anpaßbar.
Die folgenden Ausführungsbeispiele sind insbesondere in
der Radartechnologie, insbesondere im GHz-Bereich, bei
spielsweise dem Frequenzbereich von 5 GHz bis 6 GHz, an
wendbar.
Fig. 2 zeigt eine Zusammenstellung von möglichen Phasen
stellern, die einzeln oder in Kombination, beispielsweise
als Reihenschaltung, für jeden der Phasensteller PH1, PH2
(Fig. 1) geeignet sind.
Fig. 2a zeigt ein schaltbares Phasenglied (Phasensteller),
welches einen direkten Pfad (unterer Pfad) und einen Pfad
mit Verzögerungsleitung (oberer Pfad) mit vorgebbarer
elektronischer Länge enthält. Wird, wie dargestellt, der
obere Pfad geschaltet, so ergibt sich eine Phasenverschie
bung entsprechend der elektronischen Länge der Verzöge
rungsleitung.
Fig. 2b zeigt einen schaltbaren Phasensteller, bei dem
zwischen zwei unterschiedlichen Filtern, die lediglich aus
passiven Bauelementen aufgebaut sind, umgeschaltet werden
kann. Dabei entsteht eine Phasenverschiebung, die von der
Übertragungsfunktion der verwendeten Filter abhängt.
Fig. 2c zeigt einen schaltbaren Phasensteller, der aus
einer unterschiedlich belastbaren HF-Leitung besteht.
Diese wird beispielsweise an zwei vorgebbaren Stellen ent
weder kapazitiv oder induktiv belastet. Ein derartiger
Umschaltvorgang bewirkt für die in der HF-Leitung geführ
ten Welle einen vorgebbaren Phasensprung.
Fig. 2d zeigt einen schaltbaren Phasensteller, der als
schaltbarer Reflexions-Modulator ausgebildet ist. Dieser
besteht aus einem 3dB-Koppler (3dB-Hybrid), welcher eine
einfallende Welle auf zwei Pfade aufteilt, welche als HF-
Leitungen ausgebildet sind und an ihren Enden einen HF-Ab
schluß (HF-Sumpf) besitzen. An vorgebbaren Stellen dieser
Pfade sind HF-Schalter (gegen Masse, Bezugspotential) vor
handen, mit welchen die Reflexionseigenschaften der Pfade
in vorgebbarer Weise geändert werden können. Die reflek
tierten Wellen werden anschließend in den 3dB-Koppler zu
einem Ausgangssignal überlagert, bei welchem in der be
schriebenen eine schaltbare Änderung der Phasenlage er
möglicht wird.
Fig. 2e zeigt einen aktiven Phasensteller, bei welchem ein
einfallendes HF-Signal mittels eines (Feldeffekt-)Transi
stors in zwei Pfade aufgeteilt wird, in welchen sich je
weils ein Phasensteller (ϕ) befindet, der gegebenenfalls
schaltbar ausführbar ist. Die derart phasenverschobenen
Signale werden anschließend in einer Differenzverstärker
schaltung (mit Stromquelle) zu einem Ausgangssignal zu
sammengeführt.
Fig. 3 zeigt schaltbare Filterstrukturen, die einzeln oder
in Kombination, beispielsweise als Reihenschaltung, für
jeden der Phasensteller PH1, PH2 (Fig. 1) geeignet sind.
Die Filterstrukturen (linke Spalte in Fig. 3) enthalten
Kapazitäten (Kondensatoren) sowie Induktivitäten (Spulen),
welche durch die dargestellten Feldeffekttransistoren so
wohl als Tiefpaß LP als auch als Hochpaß HP schaltbar sind
(rechte Spalte in Fig. 3). Dort sind die entsprechenden
Ersatzschaltbilder angegeben sowie beispielhaft gewählte
Phasenverschiebungen (in Altgrad), die im wesentlichen für
eine bestimmte Frequenz gelten. Die Umschaltungen zwischen
Hoch- und Tiefpaß erfolgen mittels Schaltspannungen U₁,
U₂, mit welchen die Feldeffekttransistoren von einem
Sperrbetrieb in den Durchlaßbetrieb umgeschaltet werden
oder umgekehrt.
Derartige Filteranordnungen sind vorteilhafterweise als
monolithisch integrierte Schaltungen herstellbar, insbe
sondere bei einer industriellen Serienfertigung.
Es ist ersichtlich, daß Phase und Betrag eines analogen
Signals mit derartigen Phasenstellern PH1, PH2 in einem
weiteren Phasenbereich, beispielsweise im Bereich von 0°
bis 360°, sowie in einem weiten Betragsbereich änderbar
sind.
Das Verfahren und die Anordnung sind vorteilhafterweise in
sogenannten T/R-Modulen anwendbar. Diese sind mit jeweils
einem Sende-/Empfangsstrahlerelement einer phasengesteuer
ten Antenne gekoppelt. Diese kann eine Vielzahl von Strah
lerelementen, beispielsweise einige Hundert, besitzen. Es
ist ersichtlich, daß bei einer solchen Antenne bei Verwen
dung der Erfindung zumindest die Anzahl der erforderlichen
Stellglieder sowie die zugehörigen Steuerleitungen erheb
lich vermindert werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs
beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere an
wendbar. Beispielsweise ist es möglich, zusätzlich schalt
bare Verstärker oder Abschwächer zumindest in einen der
parallelen Pfade einzufügen. Damit kann beispielsweise
eine Erweiterung des schaltbaren Betragsbereiches erreicht
werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Einstellung der Phase sowie der Amplitu
de eines analogen Signales, wobei mindestens ein Phasen
steller verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
- - daß ein analoges Eingangssignal (EG) durch eine Si gnalaufteilung (SA) in zwei Einzelsignale (E1, E2) aufgeteilt wird,
- - daß bei jedem Einzelsignal (E1, E2) durch einen diesem zugeordneten Phasensteller (PH1, PH2) entsprechend der einzustellenden Phase sowie des einzustellenden Betra ges des Ausgangssignals (AS) eine Phaseneinstellung unter Berücksichtigung des Additionstheorems für Si nusfunktionen durchgeführt wird und
- - daß die phasenverschobenen Einzelsignale (E1, A2) durch eine Signalzusammenführung (SZ) zu einem Ausgangssignal (AS) zusammengeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Phasensteller (PH1, PH2) einstellbare Verzögerungslei
tungen verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß Signalaufteilung (SA) sowie Signalzusam
menführung als Leistungsteiler ausgebildet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (EG) durch
die Signalaufteilung (SA) in zwei gleiche Einzelsignale
(E1, E2) aufgeteilt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einem analogen elektri
schen Eingangssignal (EG) als Hochpaß (HP) sowie als
Tiefpaß (LP) schaltbare Filterstrukturen verwendet werden.
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem analogen elektrischen Eingangssignal (EG) jeder
Phasensteller (PH1, PH2) eine als Hochpaß (HP) oder Tief
paß (LP) schaltbare Filterstruktur enthält, welche als
passives Netzwerk aus mindestens einer Kapazität und/oder
mindestens einer Induktivität aufgebaut ist und daß die
Umschaltung der Filterstruktur durch mindestens einen
Schalttransistor erfolgt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schalttransistor als Feldeffekttransistor ausgebildet
ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß für ein Hochfrequenzsignal die Signal
aufteilung (SA) sowie die Signalzusammenführung (SZ) als
Leistungskoppler ausgebildet sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß für ein Hochfrequenzsignal zumindest
ein Phasensteller (PH1, PH2) als monolithisch integrierte
Schaltung ausgebildet ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest ein Phasensteller (PH1, PH2)
als Mehr-Bit-Phasensteller für einen vorgebbaren Phasenhub
ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996108966 DE19608966A1 (de) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Verfahren zur Einstellung der Phase und des Betrages eines analogen Signals und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996108966 DE19608966A1 (de) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Verfahren zur Einstellung der Phase und des Betrages eines analogen Signals und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19608966A1 true DE19608966A1 (de) | 1997-09-11 |
Family
ID=7787594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996108966 Withdrawn DE19608966A1 (de) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Verfahren zur Einstellung der Phase und des Betrages eines analogen Signals und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19608966A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10130764C1 (de) * | 2001-06-26 | 2002-11-07 | Eads Deutschland Gmbh | Integrierte HF-Schaltung zur Amplitudenbeeinflussung von Signalen |
CN113328705A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-31 | 杭州电子科技大学 | 一种宽带异相mmic功率放大器及其设计方法 |
-
1996
- 1996-03-08 DE DE1996108966 patent/DE19608966A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10130764C1 (de) * | 2001-06-26 | 2002-11-07 | Eads Deutschland Gmbh | Integrierte HF-Schaltung zur Amplitudenbeeinflussung von Signalen |
US6828873B2 (en) | 2001-06-26 | 2004-12-07 | Eads Deutschland Gmbh | Integrated high frequency circuit for affecting the amplitude of signals |
CN113328705A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-31 | 杭州电子科技大学 | 一种宽带异相mmic功率放大器及其设计方法 |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 80995 MUENCHEN, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 85521 OTTOBRUNN, DE |
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