DE2235129A1

DE2235129A1 - Phasendiskriminator

Info

Publication number: DE2235129A1
Application number: DE2235129A
Authority: DE
Inventors: Timothy Conrad Tozer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-08-03
Filing date: 1972-07-18
Publication date: 1973-02-08
Also published as: JPS4826056A; ZA722564B; AU4509472A; US3768007A; GB1295010A; FR2148193A1; IT964848B

Description

Patentanwalt "^.

Anmelder: H.V.Phllips' CioettampsnfabiletaS
Akte No. PHB-32.177

Anmoldurtg vpm: 1.7 ο Jilli 1972

PHB,32172.

BOS

Phasendiskriminat or »

Die Erfindung betrifft Phasendiskriminatoren-vom Typ mit einer Übertragungsleitung, die an verschiedenen Stellen entlang der Leitung von Detektoren angezapft ist, wobei die beiden Signale, deren Phasen verglichen werden sollen, jeweils einem Ende der Leitung zugeführt werden. Der Ausdruck "Uebertragungsleitung" oder kurz "Leitung" schliesst in dieser Beschreibung Hohlleiter ein.

Eine bekannte Art von Phasendiskriminatoren enthält eine Leitung mit einer Länge von 3 A/8, wobei ^V die Wellenlange der Signale in der Leitung darstellt, welche von h Detektordioden in regelmässigen Intervallen von "^-/ß an Stellen entlang der Leitung-angezapft ist. Diese Anordnung ermöglicht oiiie Feststellung des Phasenunterschieds innerhalb

20988670838

eines Intervalles von π/4 Radianten (mit öiner weiteren Unsicherheit von n.2 π Radianten, wobei η eine ungerade Zahl ist).

Um eine größere Auflösung zu erhalten, könnte die Zahl der Anzapfstellen durch die Hinzufügung eines weiteren Satzes von vier Detektoren verdoppelt v/erden. Abgesehen von der Verlängerung der Wellenleitung entstehen wegen der .vielen Anzapfstellen Probleme bezüglich der Signalreflexionen, die Anlaß zu einem sehr schlechten Gesamtreflexionskoeffizienten geben. Aufgabe der Erfindung ist es, die Auflösung bei Verwendung einer minimalen Anzahl von Detektoren zu verbessern.

Entsprechend der Erfindung enthält ein Phasendiskriminator zum Vergleichen der Phasen zweier Signale eine Übertragungsleitung, die von 4 miteinander verbundenen Detektoren an vier Stellen entlang der Leitung in regelmäßigen Intervallen von λ/8 und von einem fünften Detektor angezapft wird, der mit einer Stelle an der Leitung verbunden ist, die von allen anderen vier Stellen durch ein Intervall von λ/16 getrennt ist, sowie λ die Wellenlänge der Signal«* in der Leitung angibt. Auf diese Weise ist die fünfte Anzapfungsstelle in bezug auf die ersten vier Anzapfungsstellen symmetrisch angeordnet. In diesem Fall können zwei weitere Detektoren die Leitung anzapfen, nämlich jeweils einer an jeder Stelle, die λ/32 von einer Endanzapfungsstelle und 3 λ/32 von einer vorletzten Anzapfungsstelle entfernt ist. Der Phasenunterschied kann bei der Leitung mit fünf Anzapfungen innerhalb eines Intervalls von π/8 Radianten und bei der Leitung mit sieben Anzapfungen innerhalb eines Intervalles von π/16 Radianten festgestellt werden. Dieser letzte Genauigkeitsgrad kann mit anderen Anordnungen mit sieben Anzapfungen als der obenerv/ähnten erreicht werden. Bei allen Anordnungen, sowohl mit fünf als auch mit sieben Anzapfungen, besteht immer eine v/eitere Unsicherheit von n.2 π Radianten im Phafieiiunter-

. . , 209888/0818

schied.

BAD ORIGINAL

- /- . PHB.32177.

In den meisten Fällen hat die Übertragungsleitung die günstige Länge von 3 Λ/8. Dies ergibt die gedrängteste Anordnung. Es können auch grössere Abmessungen als λ/8 zwischen den ersten vier Anzapfungsstellen verwendet werden, dann würden Jedoch, diejenigen Fehler grosser werden, die <ier einigermassen unkorrekten Positionierung einer oder mehrerer der Anzapfungsstellen oder der Wellenlänge des Signals zuzuschreiben sind, die nicht genau der gewünschten Wellenlänge entspricht.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es

Fig. 1 eine von zwei Detektoren angezapfte Hebertragungsleitung,

Fig. 2(a), 2(b), 2(c) drei Formen einer Leitung mit fünf Anzapfungen entsprechend der Erfindung,

Fig. 3 eine Leitung mit sieben Anzapfungen entsprechend der Erfindung,

Fig. h eine Anordnung mit der Form nach Fig, 2(b),

In Fig. 1 wird eine Leitung mit der Länge L von angepassten Quellen an ihrem linken und rechten Ende mit Signalen gespeist, die jeweils durch a.cos.&t/ t und b,cos(^rt + 0) dargestellt sind. Cc/ bezeichnet die Winkel-· frequenz und 0 den Phasenunterschied zwischen den Signalen, In der Leitung wird eine Stehwelle aufgebaut. Die Stelle entlang der Leitung ist mit χ angegeben, wobei.die Enden der Leitung bei ϊ s .0 und χ = L liegen und wobei die Fortlanzun g sie on s t ant e in der Leitung

botrilgt.

209886/0838

PHB.32177.

Der Ausgang des quadratisehen Detektors, der die Leitung an der Stelle χ anzapft und sie nicht beträchtlich belastet, ist durch die folgende Formel gegeben: Ja + b² + 2ab cos (0 - kL + 2kx) 1 /2

Der Ausgang eines solchen die Leitung an der Stelle X₂ anzapfenden Detektors ergibt subtrahiert von dem des die Leitung bei X₁ anzapfenden Detektors den Unterschi ed saus gang

2ab sin k (x₂ - x-) sin (0 - kL + k / X₁ + x„ I )

Das Zeichen dieser Menge ändert sich bei einem Paar fest angeordneter Detektoren und bei Signalen mit konstanter Frequenz nur mit der Grosse von 0, und mithin kann 0 innerhalb eines Intervalls von ii Radianten (mit der weiteren Unsicherheit von n.2ffiRadianten) festgestellt werden. Das Zeichen kann durch eine Binärziffer dargestellt werden, wobei "0" dem negativen sin 0 und "1" dem positiven sin 0 entspricht.

Der Phasenunterschied kann genauer bestimmt werden, wenn die Unterschiede im Ausgang zwischen verschiedenen mit einer mehrfach angezapften Leitung verbundenen Paaren von Detektoren erhalten werden. Die Fig. 2(a), 2(b), 2(c) zeigen drei Formen einer Leitung mit fünf Anzapfungen mit einer Länge von 3 X/8, die von vier mit den Stellen A₁B,C,D, die in regelmässigen Intervallen vonA/8 entlang der Leitung angebracht sind, verbundenen Detektoren und von einem fünften Detektor angezapft wird, der mit einer von einer dieser vier Stellen durchA/i6 getrennten SteVlo E verbunden ■ ist. (Die Anordnung nach Fig. 2(c) macht eine Vnrlfinf;erimß

209886/0838

BAD ORIGINAL

.32177.

der Leitung notwendig). Die Tabelle I zeigt die in der Anordnung 2(a) verwendeten Detektoren und die relativen Amplituden der Untersehiedsausgänge. Zu mathematischen Zwecken wird die Substitution
9 = 0 - kL
= 0-3 T/h

gemacht.

Die Unterschiedsausgangssignale werden der Logikschaltung zugeführt, die das Zeichen jedes Signals bestimmt, indem sie einen 8-Bit Johnson Kode hervorbringt. Dies ist in der Tabelle II dargestellt, die zeigt, wie 0 in einem Intervall von Tc/Q Radianten festgestellt werden kann. Aehnliche Tabellen wie I und II können für die Anordnungen 2(b) und 2(c) gegeben werden. Eine Anordnung mit der symmetrischen Einteilung nach Fig. 2(a) kann beispielsweise beim _; Anordnen der Einzelteile vorteilhaft sein.

Fig. 3 zeigt eine weitere Form eines Diskriminators mit insgesamt sieben Anzapfungssteilen, wodurch 0 innerhalb eines Intervalls von IT/i6 Radianten festgestellt x^erden kann» Die beiden zusätzlichen mit F und G bezeichneten Anzapfungsstellen liegen in einem Abstand von 7^/32 von einer Endanzapfungsstelle und 3Λ/32 von einer vorletzten Anzapfungsstelle . entfernt, nämlich bei χ = ^V/32 bzw» _x = 11 Λ-/32» Die verwendeten Detektoren und die relativen Amplituden der Untersehiedsausgänge sind in der Tabelle III dargestellt» ■

Die Anordnung nach Fig» 3 basiert sich auf der Leitung mit fünf Anzapfungen nach Fig» 2(a)» Auf dieser Basis sind andere Stellen für die sechste und siebte Anzapfung

209386/Ö838

möglich, jede der daraus hervorgehenden Anordnungen hat jedoch den Nachteil, dass ein oder mehrere Unterschiedsausgangssignale mit einer relativen Amplitude von nur sin(// /16) = 0,195 notwendig sind. Dies verursacht einen Ernpfindlichkeitsmangel und kann Rausch in der Logik scha It mag hervorbringen, es sei denn, dass die Amplituden der dem Diskriminator zugefUhrten ursprünglichen Signale gross genug sind. Andere Anordnungen mit sieben Anzapfungen können auf der Basis der Leitungen mit fünf Anzapfungen nach den Fig. 2(b) und 2(c) ähnlich eingerichtet werden.

Fig. k zeigt eine günstige AusfUhrungsform einer Leitung, die an fünf mit A,B,C,D und E angegebenen Stellen angezapft wird und die wie in Fig. 2(b) eingerichtet ist. Ein Streifen 1 aus Kupferfolie ist an der Oberfläche einer Polystyrolschicht 2 befestigt, die an der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer ersten Grundschicht aus Kupferfolie vollständig bedeckt ist. Der Streifen 1 ist von einer zweiten Grundschicht durch eine ähnliche dielektrische Schicht wie 2 isoliert, was eine symmetrische Einteilung ergibt. Ein Diskriminator dieser Art arbeitete zufriedenstellend bei *K) mllz.

209886/0838

TABELLE I

Gewählte -ι	Detektoren	Pha s enabhängi ger Unterschiedsausgang	θ	Relative Amplitude des Unterschiedsausgangs	1.000
D	- B	sin	(θ ₊Τ/8)	-sin {-T/2)	0.924
D	- E	sin	(θ ₊1ΓΛ)	-sin (-31Γ/8)	0.707
A	- B	sin	(θ .+ 3^/8)	sin {T/k)	0.924
A	-E	sin	(θ ₊Τ/2)	sin (31Γ/8) β	1 .000
A	- C	sin	(θ + 5Τ/8)	sin (T72)	0.383
B	-■ E	sin	(θ + 37ΓΛ)	sin (Tf /8) =	0.707
A	- D	sin	(9 ₊ 7V/8)	sin (3 T/h)	0.383
E	- C	sin	sin (T/8) s

2 0 9886/0838

TABELLE II

θ	D-B	D-E	A-B	A-E	A-C	B-E	A-D	E-C
■ ο
	1	1	1	1	1	1	1	1
*V/a*
	1	1	1	1	1	1	1	0
*-f/k*
	1	1	1	1	1	1	0	0
3 T /8
	1	1	1	1	1	0	0	0
T/2
	1	1	1	1	0	0	0	0
5 t/8
	1	1	1	O	0	0	0	0
3 ΊΤΛ
	1	1	O	O	0	0	0	0
7 Τ/8
	1	O	O	. O	0	0	0	0
ir
	O	O	O	O	0	0	0	0
9 ir/8
	O	O	O	O-	0	0	0	1
5 TA
	O	O	O	0	0	0	1	1
11 1Γ-/8 ·
	O	O	O	0	0	1	1	1
3 T/2
	O	O	O	0	1	1	1	1
13 T/8
	O	O	O	1	1	1	1	1
7 tr a
	O	O	1	1	1	1	1	1
15 ir/8
	O	1	1	1	1	1	1	1
2 T

209886/0 838

TABELLE III

Gewähltο -1	Detektoren ~2	Pliasenabliängiger Unterschiedsausgarig	θ	Relative Amplitude des Unterschiedsausgangs'	= 1.000
D -	B	sin	(θ ₊ IT/16) .	-sin (-"W/2)	= O.831
K -	E	sin	(9 + IT/8)	-sin (-5 T/16)	= 0.92^·
D -	E	sin	(θ ₊ 3^/16)	-sin (-3TV8)	·- 0.556
K -	C	sin	(θ +ΙΤΆ)	-sin (-3 T/1-6) , =	* 0,707
A -	B	sin	(θ + 5^/16)	sin (1ΓΛ)	* 0*556
F -	B	sin	(θ + 3Τ/8)	sin (311716)	s· 0.924
A -	E	sin	(θ + ΊΚ/Λ6)	sin (3^/8)	- 0.831
F ~	E	sin	(Θ +If /Z)	sin (5 T/16)	= 1.000
A -	C	sin	(θ + 9 7Γ/16)	sin (ΤΓ/2)	= 0.981
F -	C	sin	(θ + 5 V/B)	sin (7 TT /16)	= 0.383
B -	E	sin	(θ + ti7r/i6)	sin (Ή78)	s 0.981 I
A -	K	sin	(θ + 31ΓΛ)	sin (11^/16)	= 0.707
A· -	D	sin	(θ + 13 T/t 6)	sin (3 T/k)	* 0,831
F -	D	sin	(θ + 71Γ/8)	sin (I1T/I6)	= 0.383
E -	C	sin	(θ ₊ 15ΤΤ/16)	sin (T/8)	*. 0.981
B -	K	sin	sin (;7it*/t6>

Claims

PATENTANSPRUECHE:
1 . J Phasendiskriminator zium Vergleichen der Phasen zweier Signale, mit einer Uebertragungsleitung, die von vier Detektoren angezapft wird, welche jeweils mit einer der vier in regelmässigen Intervallen von λ/8 entlang der Leitung vorgesehenen Stellen verbunden sind, und welche Leitung von einem fünften Detektor angezapft wird, der mit einer von den anderen vier Stellen durch ein Intervall von "K/λβ getrennten Stelle verbunden ist, wobei \ die Wellenlänge der Signale in der Leitung darstellt. 2» Phasendiskriminator nach Anspruch 1, bei dem die fünfte Anzapfungssteile in bezug auf die ersten vier Anzapfungsstellen symmetrisch angeordnet ist.
3. Phasendiskriminator nach Anspruch 2, und angezapft von zwei weiteren Detektoren, die Jeweils mit einer A/32 von einer Endanzapfungsstelle bzw. 32L/32 von einer vorletzten Anzapfungsstelle entfernt liegenden Stelle verbunden sind,

4, Phasendiskriminator nach einem der vorhergehenden, Ansprüche, bei dem die Länge der Übertragungsleitung 3 λ/8 beträgt.

5« Phasendiskriminator nach Anspruch 1 und im wesentlichen wie vorgehend beschrieben in bezug auf die anliegenden Figuren«

209 88 87 0 83

AA

Leerseite