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TECHNISCHES GEBIET
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein die Mikrowellentechnik und insbesondere Schaltkreise zum Generieren eines schnellen Ultrabreitband-Wobbelsignals mit einem hochreinen Spektrum.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Ein Wobbelsignal wird in der Regel in einem Rundfunk- und Kommunikationssystem verwendet. Ein Wobbelsignal wird gewöhnlich unter Verwendung einer Frequenzreferenzquelle, eines spannungsgesteuerten Oszillators, eines Phasendetektors und eines Phasenregelkreises, der aus einer Filterrückkopplungsschleife besteht, generiert, wobei die vier Teile zusammen als ein Frequenzsynthesizer bezeichnet werden. Die Breite der gewobbelten Frequenz des PLL wird durch den Betriebsfrequenzbereich des spannungsgesteuerten Oszillators begrenzt. Das Rauschen in dem Wobbelsignal richtet sich nach der Zeit für das Wobbeln der Frequenz. Es wird eine lange Zeit zum Einrasten für einen niedrigen Rauschpegel benötigt, während das Rauschen groß ist, um ein schnelles Wobbelfrequenz-Ausgangssignal zu erhalten.
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Die drei Merkmale, das heißt eine gewobbelte Frequenz mit breitem Frequenzband, schnelles Wobbeln und ein Ausgangssignal mit einem hochreinen Spektrum (das heißt, das Ausgeben mit einem niedrigen Rauschpegel), sind die Anforderungen eines Millimeterwellen-Abbildungssystems an ein Wobbelsignal. Das heutzutage verwendete Wobbelsignal wird durch einen Signalfrequenzkombinierer generiert. Es gibt außerdem einen Fall, wo zwei Frequenzkombinierer mit dem gleichen Frequenzbereich verwendet werden, um die Wobbelgeschwindigkeit zu verbessern. Ein solches Wobbelverfahren vom Kombinationstyp kann nur die Wobbelgeschwindigkeit verbessern, kann aber nicht die Breite der gewobbelten Frequenz erweitern sowie das Spektrum des Wobbelsignals verbessern (das heißt, das Rauschen reduzieren). Es kann kein schnelles Wobbeln über ein breites Frequenzband erreichen, wobei ein Signal mit einem hochreinen Spektrum (das heißt, mit einem niedrigen Rauschpegel) ausgegeben wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der Probleme des Standes der Technik wird ein Schaltkreis zum Generieren eines Wobbelsignals bereitgestellt, das zum Erreichen eines schnellen Wobbelns über ein breites Frequenzband befähigt ist, wobei ein Signal mit einem hochreinen Spektrum ausgegeben wird.
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In einem Aspekt der Anmeldung wird ein Schaltkreis zum Generieren eines Wobbelsignals bereitgestellt, der Folgendes umfasst: eine Referenzfrequenzquelle, die dafür geeignet ist, ein Referenzfrequenzsignal zu generieren, einen ersten Frequenzkombinations-Schaltkreis, der auf einem ersten Frequenzband arbeitet, mit einem Eingang, der mit einem Ausgang der Referenzfrequenzquelle gekoppelt ist, und dafür geeignet ist, ein Wobbelsignal in dem ersten Frequenzband an seinem Ausgang auf der Basis des Referenzfrequenzsignals zu generieren, einen zweiten Frequenzkombinations-Schaltkreis, der auf einem zweiten Frequenzband arbeitet, das von dem ersten Frequenzband verschieden ist, mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Referenzfrequenzquelle gekoppelt ist, und dafür geeignet ist, ein Wobbelsignal in dem zweiten Frequenzband an seinem Ausgang auf der Basis des Referenzfrequenzsignals zu generieren, einen Mehrebenenschalter mit einem Eingang, der mit einem Ausgang des ersten Frequenzkombinations-Schaltkreises und mit einem Ausgang des zweiten Frequenzkombinations-Schaltkreises gekoppelt ist, und einen Steuerschaltkreis, der mit dem ersten Frequenzkombinations-Schaltkreis, dem zweiten Frequenzkombinations-Schaltkreis und dem Mehrebenenschalter gekoppelt ist und diese steuert, das Wobbelsignal in dem ersten Frequenzband und das Wobbelsignal in dem zweiten Frequenzband an einem Ausgang des Mehrebenenschalter abwechselnd auszugeben.
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Gemäß Ausführungsformen liegen das erste Frequenzband und das zweite Frequenzband beide im Bereich von Millimeterwellen.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst der Mehrebenenschalter mehrere Umschaltkanäle, von denen jeder drei Ebenen von Umschalteinheiten umfasst, die in Reihe geschaltet sind, wobei jede Umschalteinheit einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, wobei ein erster Anschluss des ersten Schalters mit einem ersten Anschluss des zweiten Schalters gekoppelt ist, wobei der andere Anschluss des zweiten Schalters geerdet ist.
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In einem weiteren Aspekt der Anmeldung wird ein Schaltkreis zum Generieren eines Wobbelsignals bereitgestellt, der Folgendes umfasst: eine Referenzfrequenzquelle, die dafür geeignet ist, ein Referenzfrequenzsignal zu generieren, eine Anzahl N von Frequenzkombinations-Schaltkreisen, die auf verschiedenen Frequenzbändern arbeiten, wobei alle Eingänge mit einem Ausgang der Referenzfrequenzquelle gekoppelt sind, und dafür geeignet sind, Wobbelsignale in den jeweiligen Frequenzbändern an jeweiligen Ausgängen auf der Basis des Referenzfrequenzsignals zu generieren, wobei N gleich oder größer als 3 ist, einen Mehrebenenschalter mit einem Eingang, der mit einem Ausgang der Anzahl von Frequenzkombinations-Schaltkreisen gekoppelt ist, und einen Steuerschaltkreis, der mit der Anzahl von Frequenzkombinations-Schaltkreisen und dem Mehrebenenschalter gekoppelt ist und diese steuert, das Wobbelsignal bei einer ersten Frequenz in dem ersten Frequenzband, das Wobbelsignal bei einer ersten Frequenz in dem zweiten Frequenzband, ..., das Wobbelsignal bei einer ersten Frequenz im N-ten Frequenzband, das Wobbelsignal bei einer zweiten Frequenz in dem ersten Frequenzband, ..., das Wobbelsignal bei einer zweiten Frequenz im N-ten Frequenzband, ..., nacheinander an einem Ausgang des Mehrebenenschalters auszugeben.
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Gemäß den Ausführungsformen wird die Wobbelgeschwindigkeit erhöht, und die Wobbelfrequenzbreite wird erweitert, während das Wobbelsignal ein hochreines Spektrum hat (das heißt, mit einem niedrigen Rauschpegel).
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KURZE BESCHREIBUNG der ZEICHNUNGEN
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Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen unten beschrieben, in denen:
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1 ein Strukturschaubild eines Schaltkreises zum Generieren eines Wobbelsignals gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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2 eine Struktur eines Mehrebenenschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
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3 ein Strukturschaubild eines Schaltkreises zum Generieren eines Wobbelsignals gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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Es sind nicht alle Schaltkreise oder Strukturen der Ausführungsformen in den Zeichnungen gezeigt. In allen Zeichnungen haben die gleichen oder ähnliche Komponenten oder Elemente die gleichen Bezugszeichen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die konkreten Ausführungsformen der Erfindung werden unten im Detail beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Ausführungsformen im vorliegenden Text nur der Veranschaulichung dienen und die Erfindung nicht einschränken. In der folgenden Beschreibung werden eine Reihe konkreter Details erläutert, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Jedoch leuchtet dem Fachmann ein, dass die Erfindung auch ohne diese konkreten Details implementiert werden kann. In anderen Beispielen sind allgemein bekannte Schaltkreise, Materialien oder Verfahren nicht beschrieben worden, um die wesentlichen Aspekte der Erfindung nicht in den Hintergrund treten zu lassen.
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Wenn in der Spezifikation von „eine bestimmte Ausführungsform”, „eine Ausführungsform”, „ein bestimmtes Beispiel” oder „ein Beispiel” gesprochen wird, so bedeutet das, dass die konkreten Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften, die in Verbindung mit der Ausführungsform oder dem Beispiel beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Das heißt, die Formulierungen „in einer bestimmten Ausführungsform”, „in einer Ausführungsform”, „in einem bestimmten Beispiel” oder „in einem Beispiel”, die an verschiedenen Stellen in der Spezifikation auftreten, müssen sich nicht unbedingt auf ein und dieselbe Ausführungsform oder ein und dasselbe Beispiel beziehen. Des Weiteren können spezielle Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften auf jede zweckmäßige Art zu einer einzigen oder zu verschiedenen Ausführungsformen oder Beispielen kombiniert werden. Darüber hinaus ist dem Fachmann klar, dass die Zeichnungen im vorliegenden Text nur der Veranschaulichung dienen und nicht unbedingt maßstabsgetreu sind. Es versteht sich, dass, falls ein Element als „gekoppelt mit” oder „verbunden mit” einem anderen Element beschrieben wird, dies bedeutet, dass es direkt mit dem anderen Element gekoppelt ist oder dass es ein Zwischenelement gibt. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt gekoppelt mit” oder „direkt verbunden mit” einem anderen Element beschrieben wird, so gibt es kein Zwischenelement. Es werden die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen der gleichen Elemente verwendet. Die Formulierung „und/oder”, wenn sie im vorliegenden Text verwendet wird, meint jegliche Kombinationen aus einem oder mehreren der gelisteten Elemente.
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Unter Berücksichtigung der Wobbelgeschwindigkeit, der Spektrumbreite und der Frequenzreinheit wird ein Schaltkreis zum Generieren eines Wobbelsignals bereitgestellt. 1 veranschaulicht ein Strukturschaubild eines Schaltkreises zum Generieren eines Wobbelsignals gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst der Schaltkreis eine Referenzfrequenzquelle 110, einen ersten Frequenzkombinations-Schaltkreis 121, einen zweiten Frequenzkombinations-Schaltkreis 122, einen Mehrebenenschalter 130 und einen Steuerschaltkreis 140.
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Die Referenzfrequenzquelle 110 ist zum Beispiel eine genaue Referenzfrequenzquelle, die ein Referenzfrequenzsignal generiert. Der erste Frequenzkombinations-Schaltkreis 121 und der zweite Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 basieren beide auf der PLL-Technik und umfassen zum Beispiel einen spannungsgesteuerten Oszillator, einen Phasendetektor und eine Filterrückkopplungsschleife. Der erste Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 arbeitet auf einem ersten Frequenzband, wobei sein Eingang mit dem Ausgang der Referenzfrequenzquelle 110 gekoppelt ist, und generiert ein Wobbelsignal in dem ersten Frequenzband an seinem Ausgang auf der Basis des Referenzfrequenzsignals.
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Der zweite Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 arbeitet auf einem zweiten Frequenzband, das von dem ersten Frequenzband verschieden ist, wobei sein Eingang mit dem Ausgang der Referenzfrequenzquelle 110 gekoppelt ist, und generiert ein Wobbelsignal in dem zweiten Frequenzband an seinem Ausgang auf der Basis des Referenzfrequenzsignals.
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Der Eingang des Mehrebenenschalters ist mit dem Ausgang des ersten Frequenzkombinations-Schaltkreises 121 und mit dem Ausgang des zweiten Frequenzkombinations-Schaltkreises 122 gekoppelt. Der Steuerschaltkreis 140 ist mit dem ersten Frequenzkombinations-Schaltkreis 121, dem zweiten Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 und dem Mehrebenenschalter 130 gekoppelt und steuert diese, das Wobbelsignal in dem ersten Frequenzband und das Wobbelsignal in dem zweiten Frequenzband am Ausgang des Mehrebenenschalters 130 abwechselnd auszugeben.
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2 veranschaulicht eine Struktur eines Mehrebenenschalters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Mehrebenenschalter umfasst mehrere Umschaltkanäle, von denen jeder drei Ebenen von Umschalteinheiten umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Jede Umschalteinheit umfasst einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter, wobei ein erster Anschluss des ersten Schalters mit einem ersten Anschluss des zweiten Schalters gekoppelt ist, wobei der andere Anschluss des zweiten Schalters geerdet ist.
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Wie aus 2 zu erkennen ist, umfasst jeder Umschaltkanal drei Ebenen von Umschalteinheiten, wobei jede Ebene aus zwei Schaltern besteht. Signale auf zwei Umschaltkanälen, die den Mehrebenenschalter passiert haben, werden durch einen Leistungskombinationsschaltkreis zu einem Signal kombiniert. Mit Bezug auf eine Ausführungsform, wo zwei Frequenzkombinations-Schaltkreise verwendet werden, braucht der Mehrebenenschalter nur zwei Umschaltkanäle zu haben. Falls mehrere Frequenzkombinations-Schaltkreise verwendet werden (zum Beispiel für den Fall, wo N Frequenzkombinations-Schaltkreise verwendet werden, wobei N gleich oder größer als 3 ist), kann der Mehrebenenschalter mehr Umschaltkanäle haben.
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Der im vorliegenden Text verwendete Begriff „Mehrebenen” meint, dass mehrere Umschalteinheiten in einem einzelnen Umschaltkanal in Reihe geschaltet sind. Zum Beispiel hat jeder Umschaltkanal drei Ebenen von Umschalteinheiten, wie in 2 gezeigt. Da der Schaltkreis gemäß der Ausführungsform mit hoher Frequenz arbeitet, ist eine Umschalteinheit praktisch auch dann gekoppelt, wenn sie getrennt ist. Darum dämpft der Mehrebenenschalter das Signal Ebene um Ebene in dem Fall, dass die Umschalteinheiten getrennt werden. Dem Fachmann ist klar, dass auch mehr Ebenen von Umschalteinheiten verwendet werden können, um eine Umschaltungsschaltung zu bilden.
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Gemäß einigen Ausführungsformen verwendet die Referenzfrequenzquelle 110 eine einzelne, hochstabile Referenzquelle zum Bereitstellen einer Referenzfrequenz. Die zwei Frequenzkombinations-Schaltkreise 121 und 122 arbeiten auf verschiedenen Frequenzbändern. Der Mehrebenenschalter 130 ist ein Zweiebenen-Schaltsystem. Auf diese Weise wird die Wobbelgeschwindigkeit erhöht, und die Wobbelfrequenzbreite wird erweitert, während das Wobbelsignal ein hochreines Spektrum hat (das heißt, mit einem niedrigen Rauschpegel), wodurch die Anforderungen des Millimeterwellen-Abbildungssystems an ein Wobbelsignal erfüllt werden können.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform arbeiten die zwei Frequenzkombinations-Schaltkreise 121 und 122 jeweils auf verschiedenen Frequenzbändern. Zum Beispiel generiert der erste Frequenzkombinations-Schaltkreis 121 ein Wobbelsignal der Frequenz f1-f2, und der zweite Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 generiert ein Wobbelsignal der Frequenz f3-f4.
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Wenn der erste Frequenzkombinations-Schaltkreis 121 ein Signal bei Frequenz f1-1 stabil ausgibt, so ist der zweite Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 für die nächste Ausgangsfrequenz f2-1 bereit. Wenn der zweite Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 ein Signal bei Frequenz f2-1 stabil ausgibt, so ist der erste Frequenzkombinations-Schaltkreis 121 für die dritte Ausgangsfrequenz f1-2 bereit. Der erste und der zweite Frequenzkombinations-Schaltkreis 121 und 122 sowie der Mehrebenenschalter 130 werden gesteuert, Signale am Ausgang des Mehrebenenschalters bei Frequenz f1-1, f2-1, f1-2, f2-2, ... F2 (der oberen Ausgangsfrequenzgrenze des ersten Frequenzkombinations-Schaltkreises 121) und f4 (der oberen Ausgangsfrequenzgrenze des zweiten Frequenzkombinations-Schaltkreises 122) auszugeben.
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Für den Fall, dass die Zeitkonstante des Schleifenfilterschaltkreises in den Frequenzkombinations-Schaltkreisen 121 und 122 bestimmt wurde, das heißt, wenn der Schaltkreis zum Generieren des Wobbelsignals einen bestimmten Rauschbetrag ausgibt, so ist die Sprungzeit des Schaltkreises zum Generieren des Wobbelsignals die Hälfte im Vergleich zu dem Fall, wo ein einzelner Frequenzkombinations-Schaltkreis verwendet wird. Oder anders ausgedrückt: die Sprungzeit wird reduziert, wenn der gleiche Rauschbetrag ausgegeben wird, und somit wird die Wobbelgeschwindigkeit erhöht. Da der erste Frequenzkombinations-Schaltkreis 121 und der zweite Frequenzkombinations-Schaltkreis 122 auf verschiedenen Frequenzbändern arbeiten, wird die durch die Ausführungsform abgedeckte Frequenzbreite im Vergleich zu dem Fall verdoppelt, dass ein einzelner Frequenzkombinations-Schaltkreis verwendet wird oder zwei Frequenzkombinations-Schaltkreise desselben Frequenzbandes verwendet werden.
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Unter dem gleichen Konzept können drei oder mehr Frequenzkombinations-Schaltkreise zusammen mit einem entsprechenden Mehrebenenschalter und einem Steuerschaltkreis verwendet werden, um ein schnelles Breitband- oder sogar Ultrabreitband-Wobbelsignal mit einem geringen Schleifenrauschpegel zu erhalten, wie in 3 gezeigt. 3 veranschaulicht ein Strukturschaubild eines Schaltkreises zum Generieren eines Wobbelsignals gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Im Vergleich zu 1 umfasst der in 3 gezeigte Schaltkreis des Weiteren einen dritten Frequenzkombinations-Schaltkreis 123, ..., und einen N-ten Frequenzkombinations-Schaltkreis 12N, wobei N gleich oder größer als 3 ist. Dementsprechend variieren der Steuerschaltkreis 140 und der Mehrebenenschalter 130, um sich an eine solche Änderung anzupassen. Das Funktionsprinzip und der Betriebsablauf entsprechen denen des in 1 gezeigten Schaltkreises.
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Der in 3 gezeigte Schaltkreis umfasst eine Referenzfrequenzquelle 110, eine Anzahl N von Frequenzkombinations-Schaltkreisen, 121, ..., 12N, einen Mehrebenenschalter 130 und einen Steuerschaltkreis 140. Die Referenzfrequenzquelle 110 generiert ein Referenzfrequenzsignal. Die N Frequenzkombinations-Schaltkreise 121, ..., 12N arbeiten jeweils auf verschiedenen Frequenzbändern, wobei alle Eingänge mit einem Ausgang der Referenzfrequenzquelle 110 gekoppelt sind, und generieren Wobbelsignale in den jeweiligen Frequenzbändern an jeweiligen Ausgängen auf der Basis des Referenzfrequenzsignals, wobei N gleich oder größer als 3 ist. Der Eingang des Mehrebenenschalters 130 ist mit dem Ausgang der Anzahl von Frequenzkombinations-Schaltkreisen gekoppelt. Der Steuerschaltkreis 140 ist mit der Anzahl von Frequenzkombinations-Schaltkreisen und dem Mehrebenenschalter gekoppelt und steuert diese, das Wobbelsignal bei einer ersten Frequenz in dem ersten Frequenzband, das Wobbelsignal bei einer ersten Frequenz in dem zweiten Frequenzband, ..., das Wobbelsignal bei einer ersten Frequenz im N-ten Frequenzband, das Wobbelsignal bei einer zweiten Frequenz in dem ersten Frequenzband, ..., das Wobbelsignal bei einer zweiten Frequenz im N-ten Frequenzband, ..., nacheinander an einem Ausgang des Mehrebenenschalters auszugeben.
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Auf diese Weise können die drei zuvor erwähnten Parameter weiter verbessert werden (das heißt, die Zeit wird verkürzt, die zum Wobbeln erforderlich ist, das Rauschen in dem Ausgangssignal wird verringert, und die Frequenzbreite des Wobbelsignals wird vergrößert), indem eine Anzahl von Frequenzkombinations-Schaltkreisen hinzugefügt wird.
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Gemäß Ausführungsformen der Anmeldung wird die Zeit verkürzt, die zum Wobbeln erforderlich ist, das Rauschen in dem Ausgangssignal wird verringert, und die Frequenzbreite des Wobbelsignals wird vergrößert, wodurch die Anforderungen eines Millimeterwellen-Abbildungssystems an ein Wobbelsignal erfüllt werden. Das Verfahren kann auch auf das Generieren sequenzieller Wobbelfrequenz-Ultrabreitbandsignale anderer Bänder angewendet werden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf mehrere typische Ausführungsformen beschrieben wurde, leuchtet dem Fachmann ein, dass die Begriffe nur zum Zweck der Veranschaulichung und Erläuterung und nicht zur Einschränkung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Formen praktiziert werden, ohne vom Geist und Wesensgehalt der Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht auf die zuvor beschriebenen Details beschränkt sind und dass sie im weitesten Sinne innerhalb des Geistes und Geltungsbereichs, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, auszulegen sind. Daher sind Modifizierungen und Alternativen, die in den Geltungsbereich der Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen, ebenfalls als im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird, enthalten anzusehen.
