DE2621210A1

DE2621210A1 - Mit elastischen oberflaechenwellen arbeitender speicherkorrelator

Info

Publication number: DE2621210A1
Application number: DE19762621210
Authority: DE
Inventors: Bert A Auld
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-05-13
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1976-12-02
Also published as: FR2311359B1; DE2621210B2; US4021657A; DE2621210C3; JPS51140443A; JPS5942901B2; GB1518365A; FR2311359A1

Description

THOMSON - CSF 13. Mai 1976

173. Bd. Haussmann

75008 Paris / Frankreich Unser Zeichen: T 2011

Mit elastischen Oberflächenwellen arbeitender Speicherkorrelator

Die Erfindung bezieht sich auf mit elastischen Oberflächenwellen arbeitende Speicherkorrelatoren, in welchen das Korrelationsprodukt von zwei Signalen gebildet wird, die nacheinander in den Korrelator eingegeben werden.

Es ist bekannt, eine mit elastischen Oberflächenwellen arbeitende Verzögerungsleitung zu benutzen, um einen Korrelator zu schaffen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die beiden Enden einer solchen Leitung durch zwei Trägerwellen mit unterschiedlichen Frequenzen f bzw. f anregen, welche durch die zu korrelierenden

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Signale moduliert sind, und die sich auf der Leitung gegenläufig fortpflanzenden Wellen durch eine Reihe von Elementarwandlern empfangen, welche längs dieser Leitung verteilt sind. Jeder dieser Wandler ist mit einer elektrischen Schaltung verbunden, welche eine in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode enthält. Die Mischung der beiden Signale, die durch jeden Elementarwandler empfangen werden, verursacht aufgrund der Diode Intermodulationsprodukte. Man bildet dann die Summe der aus den verschiedenen Schaltungen stammenden Signale und man entnimmt dieser Summe das Signal, das einer gegebenen Intermodulationsordnung entspricht, beispielsweise f + f . Dieses letztgenannte Signal ist eine Trägerwelle, deren Modulationshüllkurve mit passenden Zeitmaßstäben das gesuchte Korrelationsprodukt darstellt. Insbesondere um leicht zu gebrauchende Zjeitmaßstäbe benutzen zu können, hat man versucht, das erste dieser Signale zu speichern, um die Leitung durch denselben Wandler anregen zu können, wobei sich die Signale dann an der Oberfläche der Leitung in derselben Richtung fortpflanzen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise eine halbleitende Schicht in geringer Entfernung von der Verzögerungsleitung anordnen. Durch Anlegen eines Spannungsimpulses an diese Schicht, wenn das erste Signal vollständig auf der Oberfläche der Leitung verteilt ist, verursacht das elektrische Feld, welches von diesem ersten Signal herrührt, das Auffangen einer gewissen Anzahl von Elektronen durch die Oberflächenfangstellen des Halbleiters. Die so eingefangenen Elektronen verursachen das Erscheinen eines elektrischen Feldes ähnlich dem, das zu ihrem Einfangen gedient hat, und das in demselben Maß verschwindet, wie diese eingefangenen Elektronen die Fangstellen verlassen.

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Dieses Verfahren gestattet zwar, das erste Signal eine gewisse Zeit gespeichert zu halten, diese Zeit ist jedoch kurz und die Empfindlichkeit der so erhaltenen Einrichtung ist gering.

Der Korrelator nach der Erfindung benutzt eine mit elastischen Oberflächenwellen arbeitende Verzögerungsleitung, die mit ei ner Reihe von längs dieser Leitung regelmäßig verteilten Elementarwandlern versehen ist. Jeder Wandler ist mit einer Schaltung verbunden, welche gestattet, ein sich auf der Leitung fortpflanzendes erstes Signal abzutasten und die so erhaltenen Abtastproben zu speichern. Diese Schaltungen sind mit Elementen verbunden, deren Impedanz in Abhängigkeit von dem Wert der Abtastproben veränderlich ist. Das Änderungsgesetz dieser Impe*- danz ist so gewählt, daß, wenn an diese Elemente die Spannungen angelegt werden, welche an den Elementarwandlern erzielt werden, indem ein zweites Signal auf der Leitung zur Ausbreitung gebracht wird, die Spannungen an dem Ausgang dieser Elemente die Produkte aus diesen Abtastproben und den verschiedenen Werten des zweiten Signals darstellen. Die diese Produkte darstellenden Spannungen werden an eine Summierschaltung angelegt, die ein Signal liefert, welches das gesuchte Koprelationsprodukt darstellt.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausiu hrungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, deren einzige Figur schematisch einen solchen Korrelator zeigt.

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Der in der Figur dargestellte Korrelator enthält eine mit elastischen Oberflächenwellen arbeitende Verzögerungsleitung

LR, die mit "Wandlern E bis E versehen ist. Die Wandler * on

E bis E sind mit Schaltungen verbunden, welche jeweils aus zwei Widerständen R und R , einer der Kapazitäten C bis C , einer Diode DS, einer der Kapazitäts-Variationsdioden oder Varicaps

DC_-4 bis DC . einem einstellbaren Kondensator C und zwei Schaltern 1 η ο

I und I bestehen . Die Kondensatoren C sind mit den Plusein-12 ο

gangen einer Summierschaltung Σ verbunden, während die Schalter I mit den Minuseingängen dieser Schaltung X verbunden sind. Die Schaltung Σ besteht aus einem Differenzverstärker A, der mit einem Widerstand R und einem Widerstand R versehen ist.

Die zu korrelierenden Signale werden mit V (t) und V (t) bezeichnet, wobei dann das Korrelationssignal V (t) ist. Diese verschiedenen

Signale werden durch die Modulation eines Trägers dargestellt, dessen Frequenz co/2 π beispielsweise einige zehn MHz betragen kann. Es wird eine derartige Modulationsmethode benutzt, daß dieser modulierte Träger durch die Signale V. (t) cos co t, V (t) cos « t und V (t) cos ω t dargestellt wird.

In einer ersten Zeit wird das Signal V (t) cos cj t an den Eingang P des Korrelators angelegt. Der Anregungswandler E

regt die Verzögerungsleitung LR an und verursacht das Auftreten einer elastischen Welle, die sich an der Oberfläche der Verzögerungsleitung in der X-Richtung ausbreitet. Wenn diese Welle das Ende der Leitung erreicht, ist das Signal V.(t) cos W t gewissermaßen in diese Leitung eingeschrieben. Da es erforderlich ist, dieses Signal in seiner Gesamtheit zu verarbeiten, ist seine maximale Dauer durch die Länge der Verzögerungsleitung festgelegt. Umgekehrt muß man zum Verarbeiten eines Signals von

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gegebener Dauer über eine. Verzögerungsleitung mit einer Minimallänge verfügen.

Wenn dieses erste Signal auf diese Weise in seiner Gesamtheit auf der Leitung vorhanden ist , werden für einen kurzen Moment die Scnalter I, mittels einer nicht dargestellten Steuerschaltung geschlossen. Die so symbolisch dargestellten Scnalter s.nd wegen der Schnelligkeit der Erscneinunaun etaiische Vorrichtungen, wie beispielsweise Feldeffekttransistoren. Dia Dioden DS^. die so in Betrieb gesetzt werden, richten die Wccnselspannunyen gleich, die in den Lesewandiern Ξ, ois E^ euren die dänische Welle gebildet werden, welcne sich" an der OoorfiSche ^r Verzögerungsleitung ausbreitet. Da der Widerstand dor so geschlossenen Ladekreise sehr gering -^₃ laden ^icn o;e Kondensieren C. ois C wührend dieses kurzen Moments auf eis Schöicclwerto _Wr von oen Wandlern gelieferten Spannungen aur.

D.ese Scheiteiwerte stellen oen Wert cer Wo^.aticn ae. Signals V₁Ct) cos et _2U den Zeiten t ö,r_s die euren cäe Pos:t:on öer Wandler festgelegt sind. Man ver^t auf dloae ^,se :n Cn Kondensatoren C₁ bis C_n ü.or eine Reihe von Arta^rcoer. der Hullkurve V^t) _des Triers. Diese AoLastprocn werden mit V bezeichnet. Vk

Die Konaensa^en Kannen _Eien nu, _{ObeP c},_{e Wu:aPatflnto} - _cn;.

Ve,_fah,ens _oi
DC,

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gespeicherten Spannungen in Sparrichtung vorgespannt und sind nichtleitend.

Damit die Abtastproben korrekt V, (t) aarsteüen, ist es erforderücn, daß sie zahlreich genug sind. Wenn somit V 00 eine Dauer T und eine maximale Frequenz F (Frequenz oer höchsten Harmonischen, die für eine Korrc.sce Wiedergaoe e:— forderlich ist) hat, ergibt acr Satz von Snannon einen Wert der minimalen Anzahl von ADtaotproben; η = 2FT.

In einer zweiten Zeit, wenn die erste elastische Welle die i_eitung vollkommen durchquert hct und wenn qioüo wieder zur Rune gekommen ist, wird an den Eingang P das Signal V,_(£ cos u? t angelegt und die Schalter l_r werden rwltttTLü einer rAcr,^ cargescai Steuerschaltung geschlossen. Diese so s>/rr.^olisch darcestellLen Schalter sind mit Rücksicht auf aie Sehneliigkoit oer Zrscneinungen statische Vorrichtungen, wie beispielsweise Feldeffe.sccransLszoren. Der Wandler E regt die Verzü-gerungsle.cur.g i_R an und verursacht das Erscheinen einer elastischer. Welle, die s;cn an dar Oberfläche der Leitung in der X-RLchuung ausbreiten. Diese Welle bildet in den Wandlern ££ bis E Wochselspannungcn, die

1 Γ;

mit V^, (t) cos cot bezeichnet werden. Es ist närnlici erforcerlich, daß zur Ausführung der Summierung, oie weiter unten dargelegt ist, die Wandler derart positioniert sind, daß die empfangenen Signale in Phase sind, was keine besonderen Schwierigkeilen bereitet und einem konstanten Phasenfaktor cos ^o t für cie Signale entspricht. Die Spannungen curchquercn die Kondensatoren C, ois C , denn die Kapazität derselben ist groß genug gewühlt, damit

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ihre Impedanz bei der Frequenz <*>/2π vernachlässigbar ist. Diese Spannungen liegen somit an den Kapazitäts-Variationsdioden

DC, bis DC und an den Kondensatoren C an» 1 η ο

Die Kapazitäts-Variationsdioden Hegen außerdem an den Gleichspannungen, welche die in den Kondensatoren C. bis C gespeicher-

1 η

ten Abtastproben V darstellen. Diese Spannungen werden über die Widerstände R und die (sehr niedrige) Eingangsimpedanz der Summierschaltung Σ angelegt. Die Kapazität einer Kapazitäts-Veriationsdiode kann für kleine Signale im Bereich einer Vorspannung Null durch die lineare Funktion C₁ = C - aV,, dar-

k ο 1k

gestellt werden. Genau dieser Wert C wird als Wert für die

Kondensatoren C genommen. Diese sind zwar einstellbar, damit das konstante Glied von C genau kompensiert werden kann,

die Berechnungen werden jedoch unter der Annahme ausgeführt, daß alle diese Glieder gleich sind_s was auf dasselbe hinausläuft .

Die Summierschaltung Σ kann beispielsweise mit einem Differenzverstärker A realisiert werden, der eine große Verstärkung hat und mit einem Gegenkopplungswiderstand R sowie mit einem Wider-

stand R zwischen seinem Eingang und Masse versehen ist. Eine solche Schaltung weist eine sehr niedrige Eingangsimpedanz auf und bekanntlich ist ihre Ausgangsspannung die algebraische Summe

(wenn gilt R = R und je nachdem, ob der Plus- oder der 3 4

Minuseingang benutzt wird) der an ihren Eingängen fließenden Ströme, bis auf einen Proportionalitätsfaktor, der von der Größe des Widerstandes R abhängig ist.

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Diese Ströme sind reine Wechselströme, denn die Kondensatoren·

C und die Dioden DC, bis DC können als reine Kapazitäten ο 1 η

betrachtet werden. Da die Eingangsimpedanz der Summierschaltung quasi Null ist, ist der Wert dieser Ströme durch V (t) cos ω t χ jC ω und durch V (t) cos&Jt χ j (C -aV )ω gegeben. Durch Bilden der algebraischen Summe dieser Ströme verschwindet das Glied mit C , was zeigt, daß es ein Vorteil ist, einstellbare Kapazitäten C zu haben, und durch Zusammenfassen aller numerischen Koeffizienten in einem einzigen Ausdruck A, ergibt sich die Ausgang sspannu ng V (t) durch:

K = η

^V1k^V2k^^COSWt·

Um den linearen Charakter der so ausgeführten Operationen zu bewahren, ist es vorteilhaft, einen Wert des zweiten Signals V (t) cos ω t zu nehmen, der deutlich kleiner ist als der des ersten Signals V (t) sin cot, beispielsweise zehnmal weniger.

Es ist leicht, durch Gleichrichtung die Hüllkurve V (t) des modulierten

Trägers zu erhalten und es zeigt sich, daß diese Hüllkurve genau das gesuchte Korrelationsprodukt V (t) ist.

Es werden näml ich die Entfernungen auf der Verzögerungsleitung in der X-Richtung und von einem bei dem Wandler E liegen-

den Ursprung aus gemessen. Die Wandler E. und E werden in

1 η

Abszissenpunkten X bis X angeordnet. Mit L wird die Länge der Leitung und mit ν die Geschwindigkeit der elastischen Wellen

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den Kondensatoren C bis C gespeicherten Abtastproben ist

1 η

an ihrer Oberfläche bezeichnet. Der Nullpunkt des Zeitmaßstabes jedes Signals wird auf den Zeitpunkt festgelegt, in welchem man es an den Eingang P des Korrelators anlegt. Die Abtastung des Signals V (t) cos <*Jt wird in dem Zeitpunkt ausgeführt, in welchem der Anfang dieses Signals das zu dem Wandler E

entgegengesetzte Ende der Leitung erreicht. Der Wert der in den Kondensator
gegeben durch :

^V1k ^V1 ^cv ν ^}

Ebenso ist der Wert des Signals V (t) cos ω t, das durch die

2k

Wandler entnommen wird, gegeben durch:

^x _k

V_2k(t) cos <Ot = V₂(t - —) coswt.

Somit gilt:

k = η

Es ist zu erkennen, daß die Hüllkurve

k = η χ. χ

V (t) = aT>- V, r- - -^) V_n Ct - ~)

eine Reihe ist, die einen Näherungswert des Korrelationsintegrals von V.(t) und von V (t) mit einer Verzögerung ergibt, welche

L
gleich — ist, aber in einem nichtkomprimiertem Zeitmaßstab. Diese Reihe fällt mit dem Korrelationsintegral zusammen, wenn die durch den Satz von Shannon gegebene und weiter oben angegebene Bedingung erfüllt ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der Figur dargestellte Ausführungsform. Insbesonderekann die Richtung des Anschlusses der Dioden DS und DC bis DC umgekehrt werden (ihr Verbindur.gs-

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- ίο -

punkt ist dann die Anode), so daß die in den Kondensatoren C

bis C gespeicherten Spannungen negativ sind, wobei die η

Dioden DC. bis DC somit immer in Sperrichtung vorgespannt 1 η

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Claims

Patentansprüche:

m) Mit elastischen Oberflächenwellen arbeitender Speicherkorrelator, mit einer mit elastischen Oberflächenwellen arbeitenden Verzögerungsleitung, die mit einem Anregungswandler an einem Ende und mit einem System von längs dieser Leitung regelmäßig verteilten Lesewandlern versehen ist, gekennzeichnet durch:

- Abtast- und Speichereinrichtungen, die mit den Lesewandlern verbunden sind und das Abtasten eines ersten Signals V.(t) cos cJt, das sich auf der Verzögerungsleitung fortpflanzt, und das Speichern der so erhaltenen Abtastproben V gestatten,

1 k

- Elemente mit. veränderlicher Impedanz, die mit den Abtast- und Speichereinrichtungen verbunden sind und in Phase befindliche Signale V . (t) cos Wt empfangen, welche an den Lesewandlern durch ein zweites Signal V (t) cos Ot gebildet werden, das sich auf der Verzögerungsleitung fortpflanzt, wobei die Impedanz der Elemente derart von dem gespeicherten Wert der Abtastproben V., abhängig ist, daß die Produkte V_Jt V₁ Cf) cos cot erhalten

1k ' 1k 2kr'

werden, und

- Summiereinrichtungen, die mit den Elementen verbunden sind,

die Summe der Produkte bilden und ein Signal V <t) cos cot

liefern, in welchem V (t), bis auf eine Verzögerung, das Korre-

lationsprodukt von V (t) und von V (t) darstellt.

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2. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß , wenn das Änderungsgesetz der Impedanz der Elemente mit veränderlicher Impedanz zur Erzielung von zusätzlichen Produkten der Form C V (t) cos ω t fuhrt, außerdem Korrekturelemente mit im Betrieb fester Impedanz vorgesehen sind, welche die Signale V (t) cos <o t empfangen und Korrektursignale

2k

liefern, die im wesentlichen gleich den zusätzlichen Produkten sind, wobei diese Korrekturelemente mit den Summiereinrichtungen verbunden sind, so daß die zusätzlichen Produkte in der Endsumme zum Verschwinden gebracht werden.
3. Korrelator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast- und Speichereinrichtungen Dioden (DS), die in den Abtastzeitpunkten durch Schalter (I ) in Betrieb gesetzt werden, und Kondensatoren (C bis C ) enthalten, und daß die Dioden derart angeschlossen sind, daß sie die von den Lesewandlern gelieferten Signale gleichrichten, wenn die Schalter geschlossen sind, und die Kondensatoren auf den Scheitelwert der an den Lesewandlern durch das erste Signal V (t) cos w t gebildeten Signale aufladen.
4. Korrelator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente mit veränderlicher Impedanz Kapazitäts-Variationsdioden sind, die derart vorgespannt sind, daß ihre Kapazität eine im wesentlichen lineare Funktion der Abtastproben V ist.

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5. Korrelator nach Anspruch Q und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäts-Variationsdioden (DC bis DC ) einerseits mit dem Verbindungspunkt der Dioden (DS) und der Kondensatoren (C bis C ) verbunden sind, so daß sie durch die Spannungen, auf die die Kondensatoren aufgeladen sind, in Sperrichtung vorgespannt sind, und andererseits mit den Summiereinrichtungen, die eine sehr niedrige Eingangsimpedanz aufweisen.
6. Korrelator nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Änderungsgesetz der Kapazität der Kapazitäts-Variationsdioden (DC bis DC ) um einen verwendeten Arbeitspunkt herum durch C - aV.. dargestellt werden kann, die Korrekturelemente Kondensatoren (C ) sind, die einerseits mit dem Verbindungspunkt und andererseits mit clen Summiereinrichtungen verbunden sind.
7. Korrelator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiereinrichtungen einen Differenzverstärker enthalten, welcher eine große Verstärkung und einen zwischen den Ausgang dieses Verstärkers und seinen Minuseingang geschalt eten Gegenkopplungswiderstand hat, wobei die Elemente mit veränderlicher Impedanz mit dem Minuseingang des Verstärkers und die Korrekturelemente mit dem Pluseingang dieses Verstärkers verbunden sind.

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