DE2457416C3 - Vorrichtung zum Abgleich paralleler Signalwege - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abgleich paralleler Signalwege gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Vorrichtungen sind aus den US-Patentschfifien 32 29 2S9 und 32 43 815 bekannt. Bei den bekannten Vorrichtungen erzeugt der Prüfsignalgenerator zwei Signale, die den Summen- und Differenzsignalen eines Monopuls-Radargerätes entsprechen.

Diese Signale werden der Empfangseinrichtung des Radargerätes mit vorbestimmten Amplituden- und Phasenverhältnissen zugeführt, um anhand dieser Signale die Anzeige des Empfängers bezüglich der Ablage eines Zieles von der Ausrichtung der Antenne periodisch zu kontrollieren und diese Anzeige gebenenfalls durch Abgleich der beiden, für die Summen- und Differenzsignale vorhandenen Kanäle so einzustellen, daß der richtige Wert bezüglich der Zielablage angezeigt wird. Hierfür ist es nicht erforderlich, daß die beiden Signalwege die gleiche elektrische Länge aufweisen. Die bekannte Vorrichtung gestattet auch nicht, die Gleichheit der elektrischen Länge dieser Signalwege genau festzustellen oder einzustellen. Um zu gewährleisten, daß die Zielablage nicht nur bezüglich des Prüfwertes, sondern allgemein richtig angezeigt wird, ist es erforderlich, daß die zugeführten Signale am Ausgang des Empfängers des Monopuls-Radargerätes die gleiche Phasenbeziehung aufweisen wie am Eingang der beiden Hohlleiterstränge, denen die empfangenen Mikrosignale an der Antenne zugeführt werden. Diese Bedingung ist nur dann erfüllt, wenn die beiden, die beiden Hohlleiterstränge umfassenden, parallelen Signalwege in einer vorbestimmten Weise aufeinander abgestimmte, insbesondere gleiche, Längen aufweisen.

Aus der DL-PS 25 035 ist eine Vorrichtung zur Messung der Phasendifferenz zwischen zwei Spannungen bekannt, die zwei Signalwege für je eine der Spannungen aufweist. Einer dieser Signalwege enthält ein Glied, dessen Laufzeit frequenzabhängig ist Durch Überlagerung der zu vergleichenden Spannungen mit einem gemeinsamen HF-Signal wird die Frequenz der auf den beiden Signalwegen übertragenen Signale so lange geändert, bis am Ausgang der Signalwege Phasengleichheit besteht. Aus der verwendeten Überlagerungsfrequenz lassen sich Rückschlüsse auf die Laufzeit des frequenzabhängigen Gliedes und damit auf die Phasendifferenz der Eingangssignale ziehen. Diese bekannte Vorrichtung läßt zwar die Messung der Phasendifferenz zwischen ihr zugeführten Eingangssignalen zu, erlaubt jedoch nicht den Abgleich zweier paralleler Signalwege auf einen vorbestimmten Wert, ohne die Frequenz der zugeführten Signale zu verändern. Sie macht auch von keinem Prüfsignalgenerator Gebrauch, der den Signalwegen Prüfsignale mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zuführt. Die Anwendung eines frequenzabhängigen Gliedes zur Änderung der elektrischen Länge des Signalweges wäre bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 nicht möglich.

Aus der FR-PS 12 55 496 ist bekannt, im Wechsel mit Nutzsignalen Prüfsignale für eine periodische Überprüfung elektronischer Einrichtungen, insbesondere zu Abgleichzwecken, zu verwenden. Mit dem Abgleich paralleler Signalwege befaßt sich diese Druckschrift im einzelnen nicht.

Aus der Zeitschrift »radio fernsehen elektronik« 22 (1973), Heft 6, Seite 176, ist es bekannt, im Signalwege Phasenschieber einzuschalten, um die elektrische Länge der Signalwege einstellen zu können. Diese Maßnahme findet bei einem Kurzzeit-Meßgerät Anwendung, das von der Messung von Phasenverschiebungen Gebraucht macht Dazu ist es notwendig, im Nullzustand für einen Phasenabgleich zu sorgen. Hierzu dienen die Phasenschieber. Einen automatischen Abgleich der elektrischen LUnge von Signalwegen ermöglicht die in dieser Zeitschrift behandelte Vorrichtung nicht

Aus den US-Patentschriften 29 55 199, 29 75 275 und

ι.

3048 782 sind Frequenz- und Raumdiversity-Anlagen bekannt, bei denen am Ausgang paralleler Empfangszweige ein Phasenvergleich vorgenommen und ein Signalweg so beeinflutlt wird, daß die Empfangssignale am Ausgang beider Kanäle in Phase sind, damit sie sich bei der Kombination addieren und nicht etwa teilweise oder gar völlig auslöschen. Hierbei kommt es auf die absolute Länge der Signalwege nicht an. Es genügt, wenn die im normalen Betrieb auftretenden Signale in Phase sind. In den Signalweg ist auch der Übertragungsweg eingeschlossen, der normalerweise einen Abschnitt _mit drahtloser Übertragung enthält, dessen Länge infolge von atmosphärischen Störungen Schwankungen unterworfen ist Diese Schwankungen werden apparativ

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Summen- und Differenzkanäle eines Monopuls-Radargerätes abzugleichen. Diese Kanäle umfassen als Signalwege 16, 18 Hohlleiterabschnitte, die sich zwischen einer Antenne 10 und Mischern 12 bzw. 14 erstrecken. Ein Prüfsignalgenerator 20 erzeugt, wenn er durch ein Startsignal CBS ausgelöst wird, ein Mikrowellen-Prüfsignal, das den Summen- und Differenzkanälen derart zugeführt wird, daß die Phasenverschiebung zwischen den zugeführten Prüfsignalen einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 90°, aufweist Das Startsignal kann beispielsweise von einer nicht dargestellten Zentraleinheit des Radargerätes zugeführt werden.

Die Mikrowellen-Prüfsignale in den Summen- und

so ausgeglichen, daß die gewünschte Phasengleichheit 15 Differenzkanälen werden in den Mischern 12 bzw. 14

der Ausgangssignale besteht Diese bekannten Anordnungen liefern keine Lösung für das Problem, die Länge paralleler Signalwege gleich zu halten, wenn die über beide Wege übertragenen Signale wechrdnde Phasenbeziehungen haben, die auf dem Übertragungsweg nicht verändert werden dürfen, wie es bei Monoplus-Radargeräten für die von den verschiedenen Antennenelementen empfangenen Signale der Fall ist. Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunauf eine Zwischenfrequenz herabgemischt Das Ausgangssignal eines Lokaloszillators 22 wird unmittelbar dem Mischer 12 und außerdem über einen digital steuerbaren Phasenschieber 24 dem Mischer 14 zugeführt.

Die von den Mischern 12 und 14 gelieferten Zwischenfrequenz-Summen- und Differenzsignale werden in Vorverstärkern 25 bzw. 26 verstärkt und dann einem Phasendetektor 28 zugeführt Das Ausgangssi-

de, eineVorrichtung der eingangs beschriebenen Art so 25 gnal des Phasendetektors 28 ist ein binäres Signal, das auszubilden, daß sie einen automatischen Abgleich der angibt ob die Phasendifferenz zwischen den beiden elektrischen Länge der Signalwege auch dann ermöglicht, wenn die betriebsmäßig zu übertragenen Signale keine bekannten, sondern wechselnde Phasenbeziehungen aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß 3& durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1

gelöst

Durch die Erfindung wird der angestrebte Abgleich der elektrischen Länge der Signalwege auf einfache und zuverlässige Weise erzielt Die Anwendung einer digitalen Anordnung hat darüber hinaus den besonderen Vorteil, daß der restliche Phasenfehler in genau vorbekannten Grenzen wahlweise stets zur gleichen Seite oder zu beiden Seiten des Sollwertes liegt. Dabei kann durch die Wahl der Anzahl der Stufen, die der Vorwärts-Rückwärts-Zähler aufweist, und der Auflösung des digitalen Phasenschiebers jeder gewünschte Grad von Abgleichgenauigkeit erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfinangibt, ob die Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen Sif und Dif des Phasendetektors 28 größer oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist Das binäre Ausgangssignal des Phasendetektors 28 wird in einer Steuereinheit 30 verarbeitet, die in Abhängigkeit von dem binären Ausgangssignal eine solche Einstellung des binären Phasenschiebers 24 bewirkt, daß die gewünschte Phasenverschiebung zwischen den Signalen Sif und Dif erzielt wird. Diese Beziehung wird durch ein Signal CBS angezeigt, das der nicht dargestellten Zentraleinheit des Radargerätes zugeführt wird. In Abhängigkeit von dem Signal CBC beendet die Zentraleinheit des Radargerätes das Startsignal CBS, das den Prüfsignalgenerator 20 freigibt

Wie F i g. 2 im einzelnen zeigt, besteht der Phasendetektor 28 aus zwei Verstärkern 32 und 34, einem Phasenschieber 36, einem Mischer 38 und einem Verstärker 40 mit hohem Verstärkungsgrad. Das vom Verstärker 32 zugeführte Signal Sif wird im Phasen-

dune enthält jeder der Signalwege einen Mischer zur 45 schieber 36 um einen solchen bestimmten Betrag

Transformation der Frequenz der übertragenen Signale in Abhängigkeit von einen den Mischern von einem Lokaloszillator zugeführten Überlagerungssignal und es ist der Phasenschieber zwischen dem Lokaloszillator und einem Mischer angeordnet Weiterhin können die vom Prüfgenerator gelieferten Prüfsignale eine Phasenverschiebung von 90° gegeneinander aufweisen und es kann das Ausgangssignal des Phasendetektors für eine Abweichung der Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Signalwege von 90° charakteristisch

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 das Blockschaltbild des Phasendetektors der Vorrichtung nach F i g. 1,

Fig.3 das Blockschaltbild der Steuereinheit der Vorrichtung nach F i g. 1 und

Fig.4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Phasendetektors nach F ί g. 2.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung ist dazu bestimmt einen automatischen Phasenabgleich der phasenverschoben, daß der Phasenfehler des Systems, der auf der endlichen Auflösung des digitalen Phasenschiebers 24 beruht, vermindert wird, d. h., daß die korrekte Einstellung der Phasenverschiebung zwischen den diskreten Phasenwerten liegt, die mit Hilfe des digitalen Phasenschiebers 24 einstellbar sind. Wie später noch im einzelnen erläutert wird, reduziert der Phasenschieber 36 des Phasendetektors 28 den durch die Quantisierung bedingten Fehler auf etwa den halben Wert eines Phaseninkrementes zwischen den diskreten Einstellungen des digitalen Phasenschiebers 24.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 arbeitet der Mischer 38 als Phasendetektor vom Cosinustyp und hat eine von der Phasendifferenz abhängige Ausgangsspannung, wie sie Fig.4 zeigt Durch den begrenzenden Verstärker 40 mit hohem Verstärkungsgrad wird das Ausgangssignal des Mischers 38 in ein binäres Signal verwandelt. Fig.5 zeigt die Ausgangsspannung der Kombination aus Mischer 38 und Verstärker 40 in Abhängigkeit von der Phasendifferenz. Wenn beispielsweise die dem Mischer 38 zugefühnen Signale eine Phasendifferenz von weniger als 90° haben, dann ist das Ausgangssignal des Verstärkers 40 auf einem ersten

Spannungspegel Vi. Ist dagegen die Phasendifferenz größer als 90°, hat das Ausgangssignal einen Spannungspegel V₂.

Auch die Verstärker 32 und 34 der Schaltungsanordnung nach Fig.2 sind vorzugsweise begrenzende Verstärker, die in gewissen Grenzen unabhängig von Amplitudenschwankungen der Eingangssignale Sw und DiF Ausgangssignale mit im wesentlichen konstanter Amplitude liefern. Auf diese Weise ist das Ausgangssignal des Mischers 38 im wesentlichen unabhängig von den Amplituden der Signale, die dem Phasendetektor zugeführt werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verstärker 32 und 34 den ihnen zugeführten Signalen im wesentlichen die gleiche Phasenverschiebung erteilen.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, wird das binäre Ausgangssignal des Phasendetektors 28 (Fig. 1) dem Dateneingang D eines FHpflop (F/F) 42 zugeführt. Während des vorderen Abschnittes des nächsten Taktimpulses, das dem Flipflop 42 von einem Taktgenerator 44 zugeführt wird, nimmt der (^-Ausgang des Flipflop den gleichen Zustand an wie der Dateneingang D. Die Taktimpulse C können beispielsweise eine Folgefrequenz von 10 kHz haben.

Das von der nicht dargestellten Zentraleinheit des Radargerätes gelieferte Startsignal CBS wird sowohl einem NICHT-Glied 46 als auch einem UND-Glied 48 zugeführt. Ein zweites Eingangssignal erhält das UND-Glied 48 über ein NICHT-Glied 50 von dem D-Ausgang eines Zählers 52. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Startsignal während des Phasenabgleichs »wahr«. Davor wird der Zähler 52 durch den »Falsch«-Zustand des Startsignals auf »Rückstellen« gehalten, das über das NICHT-Glied 46 dem Ä-Eingang des Zählers 52 zugeführt wird. Der Zähler 52 ist so ausgebildet, daß der D-Ausgang bei einem vorbestimmten Zählerstand, wie beispielsweise 4, »wahr« wird. Zu Beginn eines Phasenabgleichs, wenn der Zähler zurückgestellt ist, ist das D-Ausgangssignal »falsch«. Das D-Ausgangssignal des Zählers 52 wird durch das NICHT-Glied 50 negiert Daher wird während des Phasenabgleichs dem Taktgenerator 44 und einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 54 vom UND-Glied 48 ein Freigabesignal zugeführt

Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 54 ändert an der Rückflanke jedes Taktimpulses seinen Stand um ein Inkrement Die Zählrichtung hängt von dem binären Zustand des Signals ab, das der Klemme 56 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers zugeführt wird. Die Ausgangsstufen Ql bis Q 4 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 54 sind über Verstärker 58 bis 6t mit dem digitalen Phasenschieber 24 (F i g. 1) verbunden.

Im Betrieb erzeugt der Prüfsignalgenerator 20 bei Auftreten eines Startsignals ein Mikrowellen-Prüfsignal, das den Summen- und Differenzkanälen in solcher Weise zugeführt wird, daß die auf diese Kanäle gegebenen Prüfsignale eine Phasendifferenz von 90° aufweisen. Die Prüf signale werden in den Mischern 12 und 14 auf eine Zwischenfrequenz herabgesetzt und über Verstärker 25 und 26 dem Phasendetektor 28 zugeführt Je nach der Richtung, in der die Phasendifferenz zwischen den auf die beiden Signalwege gegebenen Prüfsignale von dem Sollwert abweicht, ist das Ausgangssignal des Phasendetektors »wahr« oder »falsch« und bewirkt, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 54 entweder vorwärts oder rückwärts zählt. Unabhängig von der Zählrichtung zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 54 durch, beginnt den Zählvorgang also bei Erreichen eines Endzustandes wieder von vorn, bis der digitale Phasenschieber 24 bewirkt, daß die Phasendifferenz zwischen den Signalen des Summen- und des Differenzkanals den vorgegebenen Wert durchläuft. Wenn die Phasendifferenz der verarbeiteten

ίο Signale diesen vorbestimmten Wert überschreitet, ändert das Ausgangssignal des Phasendetektors 28 seinen Zustand und veranlaßt dadurch den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 54, in der entgegengesetzten Richtung zu zählen. Nunmehr wird jedoch ein Zählwert in

entgegengesetzter Richtung erneut bewirken, daß die Phasendifferenz zwischen den verarbeiteten Signalen SiF und DiF den korrekten Wert überschreitet und zwar nun von der entgegengesetzten Seite, so daß das Ausgangssignal des Phasendetektors erneut seinen Zustand ändert. Demgemäß ändert der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 54 erneut die Zählrichtung und es wird der gerade beschriebene Vorgang wiederholt

Jedesmal, wenn das Ausgangssignal des Phasendetektors 28 in den »Wahr«-Zustand übergeht, wird der Stand des Zählers 52 um »1« erhöht. Nach vier solchen Zählungen geht das Signal am D-Ausgang des Zählers 52 in den »Wahr«-Zustand über. Das Ausgangssignal des Zählers 52 wird über das NICHT-Glied 50 dem UND-Glied 48 zugeführt so daß das Ausgangssignal des UND-Gliedes 48 »falsch« wird und sowohl der Taktgenerator 44 als auch der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 54 gesperrt werden. Außerdem wird das Ausgangssignal des Zählers 52 der nicht dargestellten Zentraleinheit des Radargerätes zugeführt, um den Abschluß des Phasenabgleichs anzuzeigen. Aufgrund dieses Signals wird das dem Prüfsignalgenerator 20, dem NICHT-Glied 46 und dem UND-Glied 48 zugeführte Startsignal »falsch« und es ist der automatische Phasenabgleich abgeschlossen.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Phasenabgleich stets mit einem Phasenfehler in einer bestimmten Richtung abschließt, weil der Stand des Zählers 52 zunimmt wenn das Ausgangssignal des Phasendetektors 28 den »Wahr«-Zustand annimmt Wenn beispielsweise angenommen wird, daß der binäre Phasenschieber 24 ein 4-Bit-Phasenschieber ist der in Schritten von 22,5° verstellbar ist dann kann vorhergesagt werden, daß der Phasenfehler am Ende eines Phasenabgleichs in einer bestimmten Richtung eine Größe zwischen 0° und 22,5° hat. Der Phasenschieber 36 im Phasendetektor 28 (Fig.2) kann jedoch beispielsweise eine Phasenverschiebung von 10,25° einführen, als deren Ergebnis der Phasenfehler nach dem Phasenabgleich 10,25° zu beiden Seiten des gewünschten Wertes betragen kann. Mit anderen Worten kann festgestellt werden, daß dann, wenn die den beiden Signalwegen zugeführten Prüfsignale eine Phasendifferenz von 90° aufweisen, daß dann die Vorrichtung nach F i g. 1 die Phase des vom Lokaloszillator 22 dem Mischer 14 zugeführten Überlagerungssignals so einstellt, daß die Ausgangssignale Sif und DiF der beiden Signalwege eine Phasendifferenz von 90 ± 10,25° haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abgleich paralleler Signalwege, insbesondere von Monopuls-Radargeräten, mit einem mit den Eingangsabschnitten der Signalwege gekoppelten Prüfsignalgenerator, der den Signalwegen Prüfsignale mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß zum automatischen Abgleich der elektrischen ι ο Länge der Signalwege (16,18) mit deren Ausgangsabschnitten ein ein binäres Ausgangssignal liefernder Phasendetektor (28) gekoppelt ist, der anzeigt, ob die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Signalwege (16,18) eben vorbestimmten Wert über- oder unterschreitet, daß mit einem der Signalwege (18) eine Steuereinrichtung: (22, 24, 30) gekoppelt ist, die einen digital steuerbaren Phasenschieber (24) und eine auf das Ausgangssignal des Phasendetektors (28) ansprechende, ein digitales Steuersignal für den Phasenschieber (24) liefernde Steuereinheit (30) umfaßt, daß die Steuereinheit (30) einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (54), ein erstes logisches Glied (Flipflop 42), das in Abhängigkeit vom Zustand des Ausgangssignals des Phasendetektors (28) ein Vorwärts- oder Rückwärtszählen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (54) bewirkt, und ein zweites logisches Glied (Zähler 52) aufweist, das einen Wechsel des Zustandes des Ausgangssignals des Phasendetektors (28) feststellt und nach einer vorbestimmten Anzahl von Wechseln den Vorwärts-Rückwärts-Zähler (54) sperrt, und daß das für dessen Stand charakteristische Ausgangssignal des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (54) das digitale Steuersignal für den Phasenschieber (24) bildet, der in Abhängigkeit von dem Steuersignal auf einen solchen Wert einstellbar ist, daß die Ausgangssignale der Signalwege (16, 18) in einer vorbestimmten Phasenbeziehung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Signalwege (16, 18) einen Mischer (12, 14) zur Transformation der Frequenz der übertragenen Signale in Abhängigkeit von einem den Mischern (12,14) von einem Lokaloszillator (22) zugeführten Überlagerungssignal enthält und der Phasenschieber (24) zwischen dem Lokaloszillator (22) und einem der Mischer (14) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Prüfsignalgenerator (20) gelieferten Prüfsignale eine Phasenverschiebung von 90° gegeneinander aufweisen und das Ausgangssignal des Phasendetektors (28) für eine Abweichung der Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der Signalwege (16, 18) von 90° charakteristisch ist.