DE2926634B2 - Circuit arrangement for frequency addition or subtraction - Google Patents
Circuit arrangement for frequency addition or subtractionInfo
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Description
Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit einer der Summe oder der Differenz der Frequenzen zweier vorgegebener Signale entsprechenden Frequenz.Circuit arrangement for generating an electrical signal with one of the sum or the difference of the Frequencies corresponding to two predetermined signals.
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.necessary to be able to derive a received signal from the transmitted signal. The received signal can thereby be simulated by a frequency shift. The approach of an object corresponds to the Simulation of a positive frequency shift, i.e. H.
eine Frequenzaddition. Entfernt sich das Objekt, so wird dies durch eine negative Frequenzverschiebung, d. h. eine Frequenzsubtraktion simulierta frequency addition. If the object moves away, this is indicated by a negative frequency shift, i.e. H. simulates a frequency subtraction
Es sind Schaltungen bekannt bei welchen die Frequenz am Oszillator direkt variiert, wird. Bei solchenCircuits are known in which the frequency at the oscillator is varied directly. In such frequenzvariablen Oszillatoren Sseüen 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.variable frequency oscillators Sseüen, however Problems of frequency constancy and thus great demands on frequency monitoring and frequency control, which usually leads to relatively complex circuit arrangements.
Zudem ist eine lineare Beziehung zwischen dem modulierenden Sigi.al und der Frequenzabweichung nur in kleinen Bereichen möglich.In addition, there is a linear relationship between the modulating signal and the frequency deviation only possible in small areas.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Phase eines vorgegebenen Signals kontinuierlich zu verschieAnother option is to phase of a given signal to continuously differ ben und somit eine Frequenzabweichung im Sinne einer Frequenzaddition oder -subtraktion zu erreichen.ben and thus a frequency deviation in the sense of a To achieve frequency addition or subtraction.
Ein sinusförmiges Signal der Frequenz (i wird bekanntlich durch die GleichungA sinusoidal signal of frequency (i is known by the equation
S=|S|ey(Wl' + S = | S | e y (Wl ' +
beschrieben. Bei einer kontinuierlichen Phasenänderung um einen bestimmten gleichbleibenden Betrag pro Zeitabschnitt, welcher einer bestimmten Frequenz !2 entspricht, kann die obige Gleichung wie folgt geschrieben werden:described. With a continuous phase change by a certain constant amount per time segment, which corresponds to a certain frequency! 2 , the above equation can be written as follows:
S=|S|eS = | S | e
= |S |e= | S | e
Aus dieser lernen Gleichung ist ersichtlich, daß eine kontinuierliche Phasenverschiebung einer Frequenzaddition oder -subtraktion gleichgesetzt werden kann.From this learning equation it can be seen that a continuous phase shift can be equated with frequency addition or subtraction.
In der DE-AS 1037 529 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Phasenmodulation Ober oder unter 2 π und zur Frequenzmodulation beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das Eingangssignal einem Modulator über ein Steuergerät zugeführt, dessen Ausgangsspannung mit dem Eingangssignal proportional ansteigt oder abfällt bis su einem Wert, der im angeschlossenen Phasenmodulator eine Phasenabweichung von +π oder —π bewirkt, wobei beim Oberschreiten des entsprechenden Wertes der Eingangsspannung die Ausgangsspannung des Steuergerätes auf einen Wert zurück- bzw. vorspringt, der im angeschlossenen Phasen modulator einer Phasenabweichung von 2 π entspricht, und wobei ferner sich der Sprung der Ausgangsspannung des Steuergerätes jedesmal dann wiederholt, wenn die Eingangsspannung Werte überschreitet, die im Phasenmodulator dem Vielfachen von 2 π entsprechen. Der Sprung der Modulatorspannung führt jedoch zu einer Diskontinuität des Auägangssignals, welche sich um so stärker auswirkt, je größer die Frequenzabweichung ist. Zudem verlangt der benötigte, eine Phasenverschiebung von 360° bewirkende Phasenmodulator einen relativ großen schaltungstechnischen Aufwand.DE-AS 1037 529 describes a method and an arrangement for phase modulation above or below 2π and for frequency modulation. In this method, the input signal is fed to a modulator via a control unit, the output voltage of which increases or decreases proportionally with the input signal to a value that causes a phase deviation of + π or -π in the connected phase modulator, whereby when the corresponding value of the input voltage is exceeded, the The output voltage of the control unit jumps back or forwards to a value that corresponds to a phase deviation of 2π in the connected phase modulator, and the jump in the output voltage of the control unit is repeated every time the input voltage exceeds values that are multiples of in the phase modulator 2 correspond to π. However, the jump in the modulator voltage leads to a discontinuity in the output signal, which has a stronger effect the greater the frequency deviation. In addition, the required phase modulator, which effects a phase shift of 360 °, 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 as characterized in the claims is, solves the task with as little as possible circuitry to generate a signal whose frequency is the sum or the difference of the Corresponds to frequencies of two specified signals.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert Es zeigtIn the following the invention is explained in more detail with reference to a drawing, for example
F i g. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung,F i g. 1 is a block diagram of the entire arrangement,
Fig.2 ein Ausführungsbeispiel zweier Phasenschieber einer solchen Anordnung,2 shows an embodiment of two phase shifters of such an arrangement,
Fig.3 ein Ausführungsbeispiel eines in der Anordnung verwendbaren, elektronischen Schalters,3 shows an embodiment of one in the arrangement usable electronic switch,
F i g. 4 den Verlauf von in der Schaltung auftretenden Signalen u>id Phasenverhältnissen.F i g. 4 the course of occurring in the circuit Signals u> id phase relationships.
In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist ein Punkt E1 mit dem Eingang eines ersten Phasenschiebers P 1 und mit dem Eingangeines zweiten Phasenschiebers P2 verbunden. Die Ausgänge der beiden Phasenschieber P\,P2 führen je über einen elektronischen Schalter 51 und 52 auf einen gemeinsamen Punkt ,4 3, welcher über die Serieschaltung eines Begrenzers L und eines Bandfilter F mit einem Punkt A 4 verbunden ist. bin Punkt £2 ist über die Serieschaltung eines Signalform-Wandlers Wund eines Diodennetzwerkes N einerseits direkt mit einem Modulationseingang Mi des ersten Phasenschiebers Pl und andererseits über eine erste Umkehrstufe /1 mit einem Modulationseingang M 2 des zweiten Phasenschiebers P2 verbunden. Ferner ist der Punkt E2 über die genannte Serieschaltung noch mit einem Differenzierglied DI verbunden, dem eine zweite Umkehrstufe /2 nachgeschaltet ist.In the circuit arrangement according to FIG. 1, a point E 1 is connected to the input of a first phase shifter P 1 and to the input of a second phase shifter P2 . The outputs of the two phase shifters P \, P2 each lead via an electronic switch 51 and 52 to a common point, 4 3, which is connected to a point A 4 via the series circuit of a limiter L and a band filter F. bin point £ 2 is connected directly to a modulation input Mi of the first phase shifter P1 via the series circuit of a signal form converter Wund of a diode network N, on the one hand, and via a first reversing stage / 1 to a modulation input M 2 of the second phase shifter P2 . Furthermore, the point E2 is connected via the series circuit mentioned to a differentiating element DI , which is followed by a second reversing stage / 2.
Ein Umschalter Uverbindet in der einen Stellung den Ausgang des Differenziergliedes Dl einerseits mit dem Steueranschluß Ci des ersten Schalters 51 und andererseits über die Umkehrstufe /2 mit dem Steueranschluß Cl des zweiten Schalters 52, in der anderen Stellung den Ausgang des Differenziergliedes Dl einerseits mit dem Steueranschluß Cl des zweiten Schalters 52 und andererseits über die Umkehrstufe /2 mit dem Steueranschluß Cl des ersten Schalters 51.A changeover switch U connects in one position the output of the differentiating element Dl on the one hand to the control connection Ci of the first switch 51 and on the other hand via the inverter / 2 to the control connection Cl of the second switch 52, in the other position the output of the differentiating element Dl on the one hand with the Control connection Cl of the second switch 52 and on the other hand via the reversing stage / 2 to the control connection Cl of the first switch 51.
In F i g. 2 ist eine mögliche Ausführung für die beiden Phasenschieber Pt und P2 dargestellt. Sie sind mit einem gemeinsamen Übertrager 77? aufgebaut, dessen sekundärseitige Mittelanzapfung an ein Bezugspotential gelegt ist Beim ersten Phasenschieber PI ist die eine sekundärseitige Übertragerklemme 71 über die Serieschaltung eines Kondensators Ci, einer Kapazitätsdiode Di, einer Induktivität Ll und eines Widerstandes R1 mit der anderen sekundärseitigen Übertragerklemme 72 verbunden. Beim zweiten Phasenschieber P2 istIn Fig. 2 shows a possible design for the two phase shifters Pt and P2 . Are you using a common transmitter 77? The first phase shifter PI has one secondary transformer terminal 71 connected to the other secondary transformer terminal 72 via the series connection of a capacitor Ci, a capacitance diode Di, an inductance Ll and a resistor R 1. The second phase shifter P2 is
ίο die sekundärseitige Übertragerklemme 7*2 über die Serieschaltung eines Kondensators CZ einer Kapazitätsdiode D 2, einer Induktivität L 2 und eines Widerstandes Rl mit der anderen sekundärseitigen Übertragerklemme 71 verbunden. Der Ausgang A 1ίο the secondary-side transformer terminal 7 * 2 connected to the other secondary-side transformer terminal 71 via the series connection of a capacitor CZ, a capacitance diode D 2, an inductance L 2 and a resistor Rl. The output A 1
bzw. Al der beiden Phasenschieber Pl1 Pl liegt zwischen dem Widerstand Ri bzw. Rl und der Induktivität L 1 bzw. L 2. or Al of the two phase shifters Pl 1 Pl lies between the resistor Ri or Rl and the inductance L 1 or L 2.
Fig.3 zeigt eine Ausführungs-form des elektronischen Schalters 51 bzw. 52. Er besteht im wesentlichen aus zwei Dioden D 3 und D 4, deren Anoden zusammengeschaltet sind. Die KafVode der einen Diode D 3 bildet den Eingang und die Kathode der anderen Diode D 4 den Ausgang des Schalters. Die Verbindungsstelle der Anoden der beiden Dioden D3 und DA dient als Steueranschluß C1 bzw. C 2. 3 shows an embodiment of the electronic switch 51 or 52. It essentially consists of two diodes D 3 and D 4, the anodes of which are connected together. The KafVode of one diode D 3 forms the input and the cathode of the other diode D 4 forms the output of the switch. The junction of the anodes of the two diodes D 3 and DA serves as a control connection C 1 or C 2.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 funktioniert folgendermaßen:The circuit arrangement according to FIG. 1 works like this:
Der Eingang E1 wird mit einem ersten z. B. sinusförmigen Eingangssignal el der Frequenz f\ The input E 1 is connected to a first z. B. sinusoidal input signal el of frequency f \
jo beaufschhgt Am Eingang E2 wird ein zweites Eingangssignal e2 der Frequenz (2 angelegt, welches nötigenfalls im Wandler VV in ein dreieckförmiges Modulationssignal ml umgewandelt wird (Fig.4b). Das zweite Eingangssignal e 2 ist z. B. sinusförmigjo beaufschhgt A second input signal e2 of frequency (2 is applied to input E2 , which, if necessary, is converted into a triangular modulation signal ml in converter VV (FIG. 4b). The second input signal e 2 is, for example, sinusoidal
J5 (Fig.4a). Durch das Diodennetzwerk -V wird das dreieckförmige Modulationssignal m 1 derart vorverzerrt, daß die Phasenverschiebung der Phasenschieber Pl, P2 möglichst linear verläuft Entsprechend diesem dreieckförmigen Modulationssignal m 1 wird die Phasenlage des ersten Eingangssignals e 1 im ersten Phasenschieber Pl in den ersten Periodenhälften des ζ .-eiten Eingangssignals e2 von —π/2 nach +π/2 und in dessen zweiten Periodenhälften von +π 12 nach —π/2 verschoben. Dem zweiten Phasenschieber P2 wird das Modulationssignal m 1 über eine erste Umkehrstufe /1 invertiert zugeführt. Das invertierte Modulationssignal m2 moduliert die Phase des ersten Eingangssignals e 1 im zweiten. Phasenschieber P2. In den ersten Periodenhälften des zweiten Eingangssignals e2 wird die Phasenlage von 3 ■ π/2 nach π/2, in den zweiten Periodenhälften von π/2 nach 3 ■ π/2 verschoben. J5 (Fig. 4a). Through the diode network -V the triangular modulation signal is m 1 predistorted in such a way that the phase shift of phase shift Pl, P2 is linear as possible According to this triangular modulation signal m 1 is the phase of the first input signal s 1 in the first phase shifter Pl in the first half periods of the ζ. -side input signal e2 from -π / 2 to + π / 2 and shifted in the second half of the period from + π 12 to -π / 2. The modulation signal m 1 is fed to the second phase shifter P2 in an inverted manner via a first inverter stage / 1. The inverted modulation signal m2 modulates the phase of the first input signal e 1 in the second. Phase shifter P2. In the first half of the period of the second input signal e2, the phase position is shifted from 3 ■ π / 2 to π / 2, in the second half of the period from π / 2 to 3 ■ π / 2.
Läßt man den Einfluß des Diodennetzwerkes N unberücksichtigt, so entspricht der zeitliche Verlauf der Phasenlage φ I bzw. φ 2 des ersten Eingangssignals e 1 an den Ausgängen der Phasenschieber Pl bzw. P2 genau dem Oszillogramm des Modulationssignals m 1 bzw. m 2. If the influence of the diode network N is disregarded, the time course of the phase position φ I or φ 2 of the first input signal e 1 at the outputs of the phase shifter Pl and P2 corresponds exactly to the oscillogram of the modulation signal m 1 or m 2.
Fig.4b bzw. 4c zeigt infolgedessen sowohl den Verlauf der Phasenlage φ 1 bzw. φ 2 des Signals e 1 am Ausgang des Phasenschiebers Pl bzw. P2 als auch den Verlauf des Modulationssignals m 1 bzw. m 2. 4b and 4c consequently show both the profile of the phase position φ 1 and φ 2 of the signal e 1 at the output of the phase shifter P1 and P2 as well as the profile of the modulation signal m 1 and m 2.
Aus dem Modulationssignal m 1 vyird durch ein Differenzierglied D/ein Schaltsignal 51 abgeleitet. Das Differenzierglied Dl liefert eine positive oder negative Schaltspannung je nachdem, ob das Modulationssignal m 1 eine positive oder eine negative Steigung aufweist. Das resultierende Schaltsignal s 1 hat einen rechteckför-A switching signal 51 is derived from the modulation signal m 1 by a differentiating element D /. The differentiating element Dl supplies a positive or negative switching voltage depending on whether the modulation signal m 1 has a positive or a negative slope. The resulting switching signal s 1 has a rectangular shape
migen Verlauf (Fig.4d). Das Sehaltsignal s2 (Fig.4e) wird durch die zweite Umkehrstufe /2 aus dem ersten Scnaltsignal 5 I abgeleitet.moderate course (Fig. 4d). The stop signal s2 (Fig. 4e) is derived from the first switching signal 5 I by the second inverter / 2.
Während den ersten Periodenhälften des Modulationssignals m 1 verbindet der erste Schalter 51 in F i g. I den Punkt A 3 mit dem Ausgang A 1 des ersten Phasenschiebers Pi. an welchem in diesem Zeitraum der Phasenwinkel φ 1 des ersten Eingangssignals e I von -λ/2 bis +π/2 verschoben wird. Während den zweiten Periodenhälften des Modulationssignals m2 bzw. des zweiten Eingangssignals e2 verbindet der zweite Schalter 52 den Punkt A 3 mit dem Ausgang A 2 des zweiten Phasenschiebers P2, an welchem in diesem Zeitraum der Phasenwinkel φ 2 des ersten Eingangssignals c I von ,t/2 nach 3 · π/2 verschoben wird. Da der Phasenwinkel -πΙ2 mit dem Phasenwinkel 3 · .τ/2 identisch ist und die Phase in der folgenden Periode erneut von —πΙ2 nach 3 · λ72 verschoben wird, kann am Punkt A 3 ein Sienal der Frequenz f\ entnommen werden, dessen Phasenwinkel kontinuierlich zunimmt (vgl. F i g. 4Q.During the first half of the period of the modulation signal m 1, the first switch 51 in FIG. I the point A 3 with the output A 1 of the first phase shifter Pi. At which the phase angle φ 1 of the first input signal e I is shifted from -λ / 2 to + π / 2 during this period. During the second half of the period of the modulation signal m2 or the second input signal e2 , the second switch 52 connects the point A 3 to the output A 2 of the second phase shifter P2, at which the phase angle φ 2 of the first input signal c I of, t / 2 is shifted to 3 · π / 2. Since the phase angle -πΙ2 is identical to the phase angle 3 · .τ / 2 and the phase is shifted again in the following period from -πΙ2 to 3 · λ72, a sienal of the frequency f \ can be taken at point A 3, its phase angle increases continuously (see Fig. 4Q.
Durch Betätigung des Umschalters U wird bewirkt, daß das Schaltsignal 51 am SteueranschluO des zweiten Schalters 52 und das Schaltsignal 5 2 am Steueranschluß des ersten Schalters 51 anliegt. Infolgedessen ist während den ersten Periodenhälften des zweiten Eingangssignals e2 der zweite Schalter 52 und während den zweiten Periodenhälften der ersteBy actuating the changeover switch U , the switching signal 51 is applied to the control connection of the second switch 52 and the switching signal 5 2 is applied to the control connection of the first switch 51. As a result, the second switch 52 is during the first half of the period of the second input signal e2 and the first during the second half of the period
ίο Schalter 51 geschlossen. Am Punkt A 3 kann ein Signal der Frequenz f\ entnommen werden, dessen Phasenwinkel kontinuierlich abnimmt.ίο Switch 51 closed. At point A 3, a signal of frequency f \ can be taken, the phase angle of which decreases continuously.
Das am Punkt A 3 auftretende Signal wird einem Begrenzer /. zugeführt, der gegebenenfalls eineThe signal appearing at point A 3 is a limiter /. supplied, the possibly a
i) Restamplitudenmodulation eliminiert. Das nachfolgende Bandfilter F ermöglicht den Durchgang der Grundfrequenz und unterdrückt die am Begrenzer /. entstehenden Signale mit höheren harmonischen Frequenzen.i) residual amplitude modulation eliminated. The following band filter F allows the fundamental frequency to pass through and suppresses the one at the limiter /. resulting signals with higher harmonic frequencies.
I licivii 2 \\\m\ ZeichnungenI licivii 2 \\\ m \ drawings
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