DE2926634A1

DE2926634A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR FREQUENCY ADDITION OR SUBTRACTION

Info

Publication number: DE2926634A1
Application number: DE19792926634
Authority: DE
Inventors: Gottfried Tschannen
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1979-07-02
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2926634C3; ATA672178A; DE2926634B2; CH631844A5; AT361982B

Abstract

When testing radar Doppler systems, it is necessary to simulate a frequency shift which occurs between a transmitted signal and a signal received from a moving target. The circuit arrangement is used for generating a test signal, the frequency of which corresponds to the sum or the difference of the frequencies of two predetermined signals. For this purpose, the phase of the first signal is continuously shifted by a total of 2 pi during the period of the second signal by means of two phase shifters (P1, P2). This leads to the frequency of the first signal being shifted by the amount of the frequency of the second signal since, in the case of a frequency addition, the phase of the first signal is shifted from - pi /2 to + pi /2 by the first phase shifter (P1) during the first halves of the periods of the second signal and from pi /2 to 3 pi /2 by the second phase shifter (P2) during the second halves of the periods of the second signal. In the case of frequency subtraction, the phase of the first signal is shifted from + pi /2 to - pi /2 by the first phase shifter (P1) during the first halves of the periods of the second signal and from 3 pi /2 to pi /2 by the second phase shifter (P2) during the second halves of the periods of the second signal. <IMAGE>

Description

Schaltungsanordnung zur Frequenzaddition oder -subtraktionCircuit arrangement for frequency addition or subtraction

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit einer der Summe oder der Differenz der Frequenzen zweier vorgegebener Signale entsprechenden Frequenz. The present invention relates to a circuit arrangement for generating an electrical signal with one of the sum or the difference frequency corresponding to the frequencies of two given signals.

Bei der Prüfung von Doppler-Radarsystemen ist es nötig, aus dem gesendeten Signal ein Empfangssignal ableiten zu können. Das empfangene Signal kann dabei durch eine Frequenzverschiebung vorgetäuscht werden. Der Näherung eines Objektes entspricht bei der Simulation eine positive Frequenzverschiebung, d.h. eine Frequenzaddition. Entfernt sich das Objekt, so wird dies durch eine negative Frequenzverschiebung, d.h. When testing Doppler radar systems, it is necessary to check out the transmitted Signal to be able to derive a received signal. The received signal can pass through a frequency shift can be simulated. Corresponds to the approximation of an object a positive frequency shift in the simulation, i.e. a frequency addition. If the object moves away, this is indicated by a negative frequency shift, i.e.

eine Frequenzsubtraktion simuliert.simulates a frequency subtraction.

Es sind Schaltungen bekannt, bei welchen die Frequenz am Oszillator direkt variiert wird. Bei solchen frequenzvariablen Oszillatoren stellen sich allerdings Probleme der Frequenzkonstanz und damit werden grosse Anforderungen an die Frequenzüberwachung und Frequenzregelung gestellt, was in der Regel zu relativ aufwendigen Schaltungsanordnungen führt. Zudem ist eine lineare Beziehung zwischen dem modulierenden Signal und der Frequenzabweichung nur in kleinen Bereichen möglich. Circuits are known in which the frequency on the oscillator is varied directly. With such frequency-variable oscillators, however, arise Problems of frequency constancy and thus great demands on frequency monitoring and frequency control, which usually results in relatively complex circuit arrangements leads. There is also a linear relationship between the modulating signal and the Frequency deviation is only possible in small areas.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Phase eines vorgegebenen Signals kontinuierlich zu verschieben und somit eine Frequenz abweichung im Sinne einer Frequenzaddition oder -subtraktion zu erreichen. Another option is to change the phase of a given Signal to shift continuously and thus a frequency deviation in the sense to achieve a frequency addition or subtraction.

Ein sinusförmiges Signal. der Frequenz fl wird bekanntlich durch die Gleichung S=ISIe i(2gf1{t) beschrieben. Bei einer kontinuierlichen Phasenänderung um einen bestimmten gleichbleibenden Betrag pro Zeitabschnitt, welcher einer bestimmten Frequenz f2 entspricht, kann die obige Gleichung wie folgt geschrieben werden: Aus dieser letzten Gleichung ist ersichtlich, dass eine kontinuierliche Phasenverschiebung einer Frequenzaddition oder -subtraktion gleichgesetzt werden kann.A sinusoidal signal. the frequency fl is known to be described by the equation S = ISIe i (2gf1 {t). With a continuous phase change by a certain constant amount per time segment, which corresponds to a certain frequency f2, the above equation can be written as follows: From this last equation it can be seen that a continuous phase shift can be equated with frequency addition or subtraction.

In der DE-AS 1 037 529 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Phasenmodulation über oder unter 2w und zur Freqenzmodulation beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das Eingangssignal einem Modulator über ein Steuergerät zugeführt, dessen Ausgangsspannung mit dem Eingangssignal proportional ansteigt oder abfällt bis zu einem Wert, der im angeschlossenen Phasenmodulator eine Phasenabweichung von +n oder -v bewirkt, wobei beim Ueberschreiten des entsprechenden Wertes der Eingangsspannung die Ausgangsspannung des Steuergerätes auf einen Wert zurück- bzw. vorspringt, der im angeschlossenen Phasenmodulator einer Phasenabweichung von 2TT entspricht, und wobei ferner sich der Sprung der Ausgangsspannung des Steuergerätes jedesmal dann wiederholt, wenn die Eingangsspannung Werte iberschreitet, die im Phasenmodulator dem Vielfachen von 2# w entsprechen. DE-AS 1 037 529 discloses a method and an arrangement for phase modulation above or below 2w and for frequency modulation. In this procedure the input signal is fed to a modulator via a control unit, its output voltage increases or decreases proportionally with the input signal up to a value that causes a phase deviation of + n or -v in the connected phase modulator, where when the corresponding value of the input voltage is exceeded, the output voltage of the control unit jumps back or forwards to a value that is in the connected Phase modulator corresponds to a phase deviation of 2TT, and furthermore the jump in the output voltage of the control unit is repeated every time the input voltage exceeds values that are multiple in the phase modulator of 2 # w.

Der Sprung der Modulatorspannung führt jedoch zu einer Diskontinuität des Ausgangssignals, welche sich umso stärker auswirkt, je grösser die Frequenzabweichung ist. Zudem verlangt der benötigte, eine Phasenverschiebung von 3600 bewirkende Phasenmodulator einen relativ grossen schaltungstechnischen Aufwand.However, the jump in the modulator voltage leads to a discontinuity of the output signal, which has a stronger effect the greater the frequency deviation is. In addition, the required phase modulator causing a phase shift of 3600 requires a relatively large amount of circuitry.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, mit einem möglichst geringen schaltungstechnischen Aufwand ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz der Summe oder der Differenz der Frequenzen zweier vorgegebener Signale entspricht. The invention aims to provide a remedy here. The invention, like her is characterized in the claims, solves the problem with the lowest possible circuitry to generate a signal whose frequency is the sum or corresponds to the difference between the frequencies of two specified signals.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: FIG. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung, FIG. 2 ein Ausführungsbeispiel zweier Phasenschieber einer solchen Anordnung, FIG. 3 ein Ausführungsbeispiel eines in der Anordnung verwendbaren, elektronischen Schalters, FIG. 4 den Verlauf von in der Schaltung auftretenden Signalen und Phasenverhältnissen. In the following the invention is exemplified with reference to a drawing explained in more detail. They show: FIG. 1 shows a block diagram of the entire arrangement, FIG. 2 shows an embodiment of two phase shifters of such an arrangement, FIG. 3 an embodiment of an electronic switch that can be used in the arrangement, FIG. 4 shows the course of signals and phase relationships occurring in the circuit.

In der Schaltungsanordnung nach FIG. 1 ist ein Punkt El mit dem Eingang eines ersten Phasenschiebers P1 und mit dem Eingang eines zweiten Phasenschiebers P2 verbunden. Die Ausgänge der beiden Phasenschieber Pl, P2 führen je über einen elektronischen Schalter Sl und S2 auf einen gemeinsamen Punkt A3, welcher über die Serieschaltung eines Begrenzers t und eines Bandfilters F mit einem Punkt A4 verbunden ist. Ein Punkt E2 ist über die Serieschaltung eines Signalform-Wandlers W und eines Diodennetzwerkes N einerseits direkt mit einem Modulationseingang M1 des ersten Phasenschiebers P1 und andererseits ueber eine erste Umkehrstufe II mit einem Modulationseingang M2 des zweiten Phasenschiebers P2 verbunden. In the circuit arrangement according to FIG. 1 is a point El with the entrance a first phase shifter P1 and to the input of a second phase shifter P2 connected. The outputs of the two phase shifters P1, P2 each lead via one electronic switches Sl and S2 to a common point A3, which is via the Series connection of a limiter t and a band filter F connected to a point A4 is. A point E2 is via the series connection of a waveform converter W and one Diode network N on the one hand directly to a modulation input M1 of the first Phase shifter P1 and on the other hand via a first reversing stage II with a modulation input M2 of the second phase shifter P2 connected.

Ferner ist der Punkt E2 über die genannte Serieschaltung noch mit einem Differenzierglied DI verbunden, dem eine zweite Umkehrstufe I2 nachgeschaltet ist.Furthermore, the point E2 is still with the mentioned series connection connected to a differentiating element DI, which is followed by a second inverting stage I2 is.

Ein Umschalter U verbindet in der einen Stellung den Ausgang des Differenziergliedes DI einerseits mit dem Steueranschluss C1 des ersten Schalters S1 und andererseits über die Umkehrstufe I2 mit dem Steueranschluss C2 des zweiten Schalters S2, in der anderen Stellung den Ausgang des Differenziergliedes DI einerseits mit dem Steueranschluss C2 des zweiten Schalters S2 und andererseits über die Umkehrstufe I2 mit dem Steueranschluss C1 des ersten Schalters S1. A changeover switch U connects the output of the in one position Differentiating element DI on the one hand to the control connection C1 of the first switch S1 and on the other hand via the inverter I2 to the control connection C2 of the second Switch S2, in the other position the output of the differentiating element DI on the one hand with the control connection C2 of the second switch S2 and on the other hand via the reversing stage I2 with the control connection C1 of the first switch S1.

In FIG. 2 ist eine mögliche Ausführung für die beiden Phasenschieber P1 und P2 dargestellt. Sie sind mit einem gemeinsamen Uebertrager TR aufgebaut, dessen sekundärseitige Mittelanzapfung an ein Bezugspotential g#elegt ist. Beim ersten Phasenschieber P1 ist die eine sekundärseitige Uebertragerklemme T1 über die Serieschaltung eines Kondensators C1, einer Kapazitätsdiode D1, einer Induktivität L1 und eines Widerstandes R1 mit der anderen sekundärseitigen Uebertragerklemme T2 verbunden. Beim zweiten Phasenschieber P2 ist die sekundärseitige Uebertragerklemme T2 über die Setieschaltung eines Kondensators C2, einer Kapazitätsdiode D2, einer Induktivität L2 und eines Widerstandes R2 mit der anderen sekundärseitigen Ilebertragerklemme T1 verbunden. Der Ausgang Al bzw. A2 der beiden Phasenschieber P1,P2 liegt zwischen dem Widerstand R1 bzw. R2 und der Induktivität Ll bzw. L2. In FIG. 2 is a possible design for the two phase shifters P1 and P2 shown. They are built with a common transformer TR, whose center tap on the secondary side is connected to a reference potential. At the first phase shifter P1 is a secondary-side transfer terminal T1 via the series connection of a capacitor C1, a capacitance diode D1, an inductance L1 and a resistor R1 with the other secondary-side transfer terminal T2 connected. In the case of the second phase shifter P2, the secondary-side transfer terminal is T2 via the setting circuit of a capacitor C2, a capacitance diode D2, a Inductance L2 and a resistor R2 with the other secondary-side Ilebträgererklemme T1 connected. The output A1 or A2 of the two phase shifters P1, P2 is between the resistor R1 or R2 and the inductance Ll or L2.

FIG. 3 zeigt eine Ausführungsform des elektronischen Schalters S1 bzw. S2. Er besteht im wesentlichen aus zwei Dioden D3 und D4, deren Anoden zusammengeschaltet sind. Die Kathode der einen Diode D3 bildet den Eingang und die Kathode der anderen Diode D4 den Ausgang des Schalters. Die Verbindungsstelle der Anoden der beiden Dioden D3 und D4 dient als Steueranschluss C1 bzw. C2. FIG. 3 shows an embodiment of the electronic switch S1 or S2. It essentially consists of two diodes D3 and D4, the anodes of which are connected together are. The cathode that forms a diode D3 the entrance and the Cathode of the other diode D4 the output of the switch. The junction of the The anodes of the two diodes D3 and D4 serve as control connection C1 and C2.

Die Schaltungsanordnung nach FIG. 1 funktioniert folgendermassen: Der Eingang El wird mit einem ersten z.B. sinusförmigen Eingangssignal el der Frequenz fl beaufschlagt. Am Eingang E2 wird ein zweites Eingangssignal e2 der Frequenz f2 angelegt, welches nötigenfalls im Wandler W in ein dreieckförmiges Modulationssignal ml umgewandelt wird (FIG. 4b). Das zweite Eingangssignal e2 ist z.B. sinusförmig (FIG. 4a). The circuit arrangement according to FIG. 1 works as follows: The input El is with a first e.g. sinusoidal input signal el of the frequency fl acted upon. A second input signal e2 of frequency f2 applied, which if necessary in the converter W into a triangular modulation signal ml is converted (FIG. 4b). The second input signal e2 is, for example, sinusoidal (FIG. 4a).

Durch das Diodennetzwerk N wird das dreieckförmige Modulationssignal ml derart vorverzerrt, dass die Phasenverschiebung der Phasenschieber P1,P2 möglichst linear verläuft. Entsprechend diesem dreieckförmigen Modulationssignal ml wird die Phasenlage des ersten Eingangssignals el im ersten Phasenschieber P1 in den ersten Periodenhälften des zweiten Eingangssignals e2 von -Tr/2 nach + /2 und in dessen zweiten Periodenhälften von +tor/2 nach -z/2 verschoben. Dem zweiten Phasenschieber P2 wird das Modulationssignal ml über eine erste Umkehrstufe I1 invertiert zugeführt.Through the diode network N, the triangular modulation signal ml predistorted in such a way that the phase shift of the phase shifters P1, P2 is as possible runs linearly. According to this triangular modulation signal ml, the Phase position of the first input signal el in the first phase shifter P1 in the first Period halves of the second input signal e2 from -Tr / 2 to + / 2 and in it second half of the period shifted from + tor / 2 to -z / 2. The second phase shifter The modulation signal ml is fed to P2 in an inverted manner via a first inverter I1.

Das invertierte Modulationssignal m2 moduliert die Phase des ersten Eingangssignals el im zweiten Phasenschieber P2. In den ersten Periodenhälften des zweiten Eingangssignals e2 wird die Phasenlage von 3#Tr/2 nach tut/2, in den zweiten Periodenhälften von n/2 nach 3~kr/2 verschoben.The inverted modulation signal m2 modulates the phase of the first Input signal el in the second phase shifter P2. In the first half of the period second input signal e2, the phase position from 3 # Tr / 2 to tut / 2, in the second Period halves shifted from n / 2 to 3 ~ kr / 2.

Lässt man den Einfluss des Diodennetzwerkes N unberücksichtigt, so entspricht der zeitliche Verlauf der Phasenlage 1 bzw. 2 des ersten Eingangssignals el an den Ausgängen der Phasenschieber P1 bzw. P2 genau dem Oszillogramm des Modulationssignals ml bzw. m2. If the influence of the diode network N is not taken into account, then corresponds to the time profile of phase position 1 or 2 of the first input signal el exactly to the oscillogram of the modulation signal at the outputs of the phase shifter P1 and P2 ml or m2.

FIG. 4b bzw. 4c zeigt infolgedessen sowohl den Verlauf der Phasenlage cpl bzw. 2 des Signals el am Ausgang des Phasenschiebers P1 bzw. P2 als auch den Verlauf des Modulationssignals ml bzw. m2. FIG. 4b and 4c consequently show both the course of the phase position cpl or 2 of the signal el at the output of the phase shifter P1 or P2 as well as the Course of the modulation signal ml or m2.

Aus dem Modulationssignal ml wird durch ein Differenzierglied DI ein Schaltsignal S1 abgeleitet. Das Differenzierglied DI liefert eine positive oder negative Schaltspannung je nachdem, ob das Modulationssignal ml eine positive oder eine negative Steigung aufweist. Das resultierende Schaltsignal S1 hat einen rechteckförmigen Verlauf (FIG. 4d). A differentiating element DI a switching signal S1 derived. The differentiating element DI supplies a positive or negative switching voltage depending on whether the modulation signal ml is positive or has a negative slope. The resulting switching signal S1 has a rectangular shape History (FIG. 4d).

Das Schaltsignal S2 (FIG. 4e) wird durch die zweite Umkehrstufe I2 aus dem ersten Sc#haltsignal S1 abgeleitet.The switching signal S2 (FIG. 4e) is through the second inverter I2 derived from the first stop signal S1.

Während den ersten Periodenhälften des Modulationssignals ml verbindet der erste Schalter S1 in FIG. 1 den Punkt A3 mit dem Ausgang Al des ersten Phasenschiebers Pl, an welchem in diesem Zeitraum der Phasenwinkel 1 des ersten Eingangssignals el von In /2 bis tun /2 verschoben wird. Während den zweiten Periodenhälften des Modulationssignals m2 bzw. Connects during the first half of the period of the modulation signal ml the first switch S1 in FIG. 1 the point A3 with the output Al of the first phase shifter Pl, at which the phase angle 1 of the first input signal el is shifted from In / 2 to tun / 2. During the second halves of the Modulation signal m2 resp.

des zweiten Eingangssignals e2 verbindet der zweite Schalter S2 den Punkt A3 mit dem Ausgang A2 des zweiten Phasenschiebers P2, an welchem in diesem Zeitraum der Phasenwinkel ? 2 des ersten Eingangssignals el von Tut/2 nach 3. rr/2 verschoben wird. Da der Phasenwinkel fl/2 mit dem Phasenwinkel 3 TTf2 identisch ist und die Phase in der folgenden Periode erneut von -n/2 nach 3- TT/2 verschoben wird, kann am Punkt A3 ein Signal der Frequenz fl entnommen werden, dessen Phasenwinkel kontinuierlich zunimmt (vgl. FIG. 4f).of the second input signal e2, the second switch S2 connects the Point A3 with the output A2 of the second phase shifter P2, at which in this Period of phase angle? 2 of the first input signal el from Tut / 2 to 3. rr / 2 is moved. Since the phase angle fl / 2 is identical to the phase angle 3 TTf2 and the phase is shifted again from -n / 2 to 3- TT / 2 in the following period is, a signal of the frequency fl can be taken at point A3, the phase angle increases continuously (see FIG. 4f).

Durch Betätigung des Umschalters U wird bewirkt, dass das Schaltsignal sl am Steueranschluss des zweiten Schalters S2 und das Schaltsignal s2 am Steueranschluss des ersten Schalters S1 anliegt. Infolgedessen ist während den ersten Periodenhälften des zweiten Eingangssignals e2 der zweite Schalter S2 und während den zweiten Periodenhälften der erste Schalter S1 geschlossen. Am Punkt A3 kann ein Signal der Frequenz fl entnommen werden, dessen Phasenwinkel kontinuierlich abnimmt. Pressing the switch U causes the switching signal sl at the control connection of the second switch S2 and the switching signal s2 at the control connection of the first switch S1 is applied. As a result, it is during the first half of the period of the second input signal e2 the second switch S2 and during the second halves of the period the first switch S1 closed. At point A3, a signal of frequency fl can be taken whose phase angle decreases continuously.

Das am Punkt A3 auftretende Signal wird einem Begrenzer L zugeführt, der gegebenenfalls eine Restamplitudenmodulation eliminiert. The signal occurring at point A3 is fed to a limiter L, which may eliminate residual amplitude modulation.

Das nachfolgende Bandfilter F ermöglicht den Durchgang der Grundfrequenz und unterdrückt die am Begrenzer L entstehenden Signale mit höheren harmonischen Frequenzen.The following band filter F enables the fundamental frequency to pass through and suppresses the signals with higher harmonics that arise at the limiter L Frequencies.

Claims

Claims #l.) Circuit arrangement for generating an electrical Signal with one of the sum or the difference of the frequencies of two specified Signals corresponding frequency, characterized in that a first with the first signal (el) applied variable phase shifter (P1) is provided, the phase position of this first signal (el) corresponding to one of the second Signal (e2) derived triangular modulation signal (ml) with the same frequency like the second signal (e2) in its first half of the period from -n / 2 to + n / 2 and shifts in the second half of the period from + ru / 2 to -tt / 2 that a second, Phase shifter (P2) also acted upon by the first signal (el) is provided which is the phase position of the first signal (el) corresponding to the inverted triangular Modulation signal (m2) in its first half of the period from 3 ~ kr / 2 to n / 2 and shifts in the second half of the period from n / 2 to 3 ~ ru / 2, and that the outputs (Al, A2) of the two phase shifters (P1, P2) each via a switch (S1, S2) a point (A3) are connected, in the case of frequency summing the first Switch (S1) only during the first, the second switch (S2) on the other hand only during the second half of the period of the second signal (e2) and in the case of Frequency difference formation of the first switch (S1) only during the second, the second switch (52), however, only during the first half of the period of the second Signal (e2) is closed, so that at point (A3) an output signal (a3) with one of the sum or the difference of the frequencies of the two signals (el, e2) corresponding Frequency is removable.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two phase shifters (P1, P2) from a common, primary side with the first Signal (ei) applied transmitter (TR) with a reference potential at the center tap connected secondary winding are constructed, one connection (T2) on the one hand via the series connection of a first resistor (R1), a first inductance (L1), a first capacitance diode (D1) and a first capacitor (C1) and on the other hand via the series connection of a second capacitor (C2), a second capacitance diode (D2), a second inductance (L2) and a second resistor (R2) with the other connection (T1) is connected, the two on the switches (S1, S2) guided outputs (Al, A2) of the two phase shifters (P1, P2) the connection points between these Resistors (R1 or R2) and these inductances (L1 or L2) are and where the supply of the modulation signals (ml, m2) via resistors (R3 or R4) to the cathodes of the capacitance diodes (D1, D2).

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the switches (S1, S2) are each made up of two diodes (D3, D4), the anodes of which are interconnected with the cathode of one diode (D3) being the input and the cathode of the other Diode (D4) forms the output of the switch, and that one with the anodes of the two Diodes (D3, D4) connected resistor (R5) is provided through which one of the actuation of the switch serving square wave signal (s) with the same frequency as the second Signal (e2) is supplied.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the square wave signal (s) through a differentiator (DI) from the modulation signal (ml) is obtained.

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that to suppress residual amplitude modulation of the output signal at the common Point (A3) a limiter circuit (L) with a downstream band filter (F) is connected is.

6. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a triangular shape to compensate for the non-linearities of the phase shifters (P1, P2) Modulation signal (ml, m2) predistorting diode network (DN) is provided.