DE2926634C3

DE2926634C3 - Circuit arrangement for frequency addition or subtraction

Info

Publication number: DE2926634C3
Application number: DE19792926634
Authority: DE
Inventors: Gottfried Zuerich Tschannen
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1979-07-02
Publication date: 1981-09-10
Also published as: ATA672178A; DE2926634B2; CH631844A5; AT361982B; DE2926634A1

Description

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 of the frequencies of two predetermined signals corresponding Frequency.

Bei der Prüfung von Doppler-Radarsystemen ist esWhen testing Doppler radar systems, it is

jo 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.jo necessary, from the sent signal a received signal to be able to derive. The received signal can be simulated by a frequency shift. In the simulation, the approach of an object corresponds to a positive frequency shift, i.e. H.

eine Frequenzaddition. Entfernt sich das Objekt, so wird dies durch eine negative Frequenzverschiebung, d. h. eine Frequenzsubtraktion simuliert.a 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 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.Circuits are known in which the frequency on the oscillator is varied directly. In such Variable-frequency oscillators, however, pose problems of frequency constancy and thus become Great demands are placed on the frequency monitoring and frequency control, which is usually too leads to relatively complex circuit arrangements.

Zudem ist eine lineare Beziehung zwischen dem modulierenden Signal und der Frequenzabweichung nur in kleinen Bereichen möglich.In addition, there is only a linear relationship between the modulating signal and the frequency deviation possible in small areas.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Phase eines vorgegebenen Signals kontinuierlich zu verschie-Another possibility is to continuously change the phase of a given signal.

M) ben und somit eine Frequenzabweichung im Sinne einer Frequenzaddition oder -subtraktion zu erreichen.M) practice and thus achieve a frequency deviation in the sense of a frequency addition or subtraction.

Ein sinusförmiges Signal der Frequenz fX wird bekanntlich durch die Gleichung As is known, a sinusoidal signal of frequency fX is given by the equation

S = \S\ S = \ S \

JQ-,f,ι ι ,) JQ-, f, ι ι,)

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 The time period corresponding to a certain frequency / "2 can be expressed as the above equation to be written:

S=|S|e'²^S = | S | e ' ² ^

Aus dieser letzten Gleichung ist ersichtlich, daß eine kontinuierliche Phasenverschiebung einer Frequenzaddition oder -subtraktion gleichgesetzt werden kann.From this last equation it can be seen that a continuous phase shift is a frequency addition or subtraction can be equated.

In der DE-AS 10 37 529 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Phasenmodulation über 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 zu einem Wert, der im angeschlossenen Phasenrondulator eine Phasenabweichung von +π oder —π bewirkt, wobei beim Überschreiten des entsprechenden Wertes der Eingangsspannung die Ausgangsspannung des Steuergerätes auf einen Wert zurück- bzw. vorspringt, der im angeschlossenen Phasenmodulator 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 ModuJatorspannung führt jedoch zu einer Diskontinuität des Ausgangssignals, 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 10 37 529 describes a method and an arrangement for phase modulation above or below 2π and for frequency modulation. With 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 up to a value that causes a phase deviation of + π or - π in the connected phase rondulator, 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 2 in the phase modulator correspond to π. The jump in the modulator voltage, however, leads to a discontinuity in the output signal, which has a greater 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 of generating a signal with the least possible circuitry effort, whose frequency corresponds to the sum or the difference of the 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. It shows

F i g. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Anordnung,F i g. 1 is a block diagram of the entire arrangement,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel zweier Phasenschieber einer solchen Anordnung,F i g. 2 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 und Phasenverhältnissen.F i g. 4 the course of occurring in the circuit Signals and phase relationships.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist ein Punkt E1 mit dem Eingang eines ersten Phasenschiebers P1 und mit dem Eingang eines zweiten Phasenschiebers P 2 verbunden. Die Ausgänge der beiden Phasenschieber P\,P2 führen je über einen elektronischen Schalter 51 und 52 auf einen gemeinsamen Punkt A 3, welcher über die Serieschaltung eines Begrenzers L und eines Bandfilters F mit einem Punkt A 4 verbunden ist. Ein Punkt E2 ist über die Serieschaltung eines Signalform-Wandlers Wund eines Diodennetzwerkes Neinerseits direkt mit einem Modulationseingang MX 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 £2 über die genannte Serieschaltung noch mit einem Differenzierglied D/verbunden, dem eine zweite Umkehrstufe / 2 nachgcschaltet ist.In the circuit arrangement according to FIG. 1, a point E 1 is connected to the input of a first phase shifter P1 and to the input of a second phase shifter P 2 . The outputs of the two phase shifters P \, P2 each lead via an electronic switch 51 and 52 to a common point A 3, which is connected to a point A 4 via the series circuit of a limiter L and a band filter F. A point E2 is connected directly to a modulation input MX of the first phase shifter P1 via the series connection 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 £ 2 is connected via the mentioned series circuit to a differentiating element D /, which is followed by a second reversing stage / 2.

Ein Umschalter Uverbindet in der einen Stellung den Ausgang des Differeniiergliedes Dl einerseits mit dem Steueranschluß Cl des ersten Schalters 51 und andererseits über dfc Umkehrstufe /2 mit dem Steueranschluß C2 des zweiten Schalters 52, in der anderen Stellung den Ausgang des Differenziergliedes Dl einerseits mit dem Steueranschluß C2 des zweiten Schalters 52 und andererseits über die Umkehrstufe /2 mit dem Steueranschluß C1 des ersten Schalters 5 1.A changeover switch U connects in one position the output of the differentiating element Dl on the one hand to the control connection Cl of the first switch 51 and on the other hand via dfc inverter / 2 to the control connection C2 of the second switch 52, in the other position the output of the differentiating element Dl on the one hand with the Control connection C2 of the second switch 52 and on the other hand via the inverter / 2 to the control connection C1 of the first switch 5 1.

In F i g. 2 ist eine mögliche Ausführung für die beiden Phasenschieber Pl und P2 dargestellt. Sie sind mit einem gemeinsamen Übertrager 77? aufgebaut, dessen sekundärseitige Mittelanzapfung an ein Bezugspotential gelegt ist. Beim ersten Phasenschieber Pl ist die eine sekundärseitige Übertragerklemme Ti über die Serieschaltung eines Kondensators CX, einer Kapazitätsdiode D 1, einer Induktivität L 1 und eines Widerstandes R X mit der anderen sekundärseitigen Übertragerklemme T2 verbunden. Beim zweiten Phasenschieber P2 istIn Fig. 2 shows a possible design for the two phase shifters P1 and P2. Are you using a common transmitter 77? constructed whose secondary center tap is connected to a reference potential. In the first phase shifter Pl which a secondary-side Übertragerklemme Ti is connected via the series circuit of a capacitor CX, a capacitance diode D 1, an inductance L 1 and a resistance RX connected to the other secondary-side Übertragerklemme T2. The second phase shifter P2 is

ίο die sekundärseitige Übertragerklemme T2 über die Serieschaltung eines Kondensators C2, einer Kapazitätsdiode D 2, einer Induktivität L 2 und eines Widerstandes R 2 mit der anderen sekundärseitigen Übertragerklemme TX verbunden. Der Ausgang A X bzw. /4 2 der beiden Phasenschieber Pl, P2 liegt zwischen dem Widerstand R1 bzw. R 2 und der · Induktivität L 1 bzw. L 2. ίο connected the secondary-side Übertragerklemme T2 via the series circuit of a capacitor C2, a capacitance diode D 2, an inductor L 2 and a resistor R 2 to the other secondary-side Übertragerklemme TX. The output AX or / 4 2 of the two phase shifters Pl, P2 lies between the resistor R 1 or R 2 and the inductance L 1 or L 2.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform des elektronischen Schalters 51 bzw. 52. Er besteht im wesentlichen aus zwei Dioden D 3 und D 4, deren Anoden zusammengeschaltet sind. Die Kathode 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 D4 dient als Steueranschluß C1 bzw. C2. F i g. 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 cathode of one diode D 3 forms the input and the cathode of the other diode D 4 forms the output of the switch. The connection point of the anodes of the two diodes D3 and D4 serves as a control connection C1 or C2.

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 fX beaufschlagt. Am Eingang £2 wird ein zweites Eingangssignal e2 der Frequenz (2 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). 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 el im ersten Phasenschieber Pl in den ersten Periodenhälften des zweiten Eingangssignals e2 von —π/2 nach +π/2 und in dessen zweiten Periodenhälften von +π/2 nach —π/2 verschoben. Dem zweiten Phasenschieber P 2The input E 1 is connected to a first z. B. sinusoidal input signal el applied to the frequency fX . A second input signal e2 of frequency (2 is applied to input £ 2, which if necessary is converted into a triangular modulation signal ml in converter W (FIG. 4b). The second input signal e2 is, for example, sinusoidal (FIG. 4a). V, the triangular modulation signal m 1 is predistorted in such a way that the phase shift of the phase shifters Pl, P2 is as linear as possible. Corresponding to this triangular modulation signal m 1, the phase position of the first input signal el in the first phase shifter Pl is -π in the first half of the period of the second input signal e2 / 2 to + π / 2 and shifted in its second half of the period from + π / 2 to -π / 2. The second phase shifter P 2

-r> wird das Modulationssignal m 1 über eine erste Umkehrstufe /1 invertiert zugeführt. Das invertierte Modulationssignal m 2 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. -r> the modulation signal m 1 is fed in inverted form via a first inverter / 1. The inverted modulation signal m 2 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 ψ 1 bzw. φ 2 des ersten Eingangssignals e 1 an den Ausgängen der Phasenschieber Pl bzw. P 2 genau dem Oszillogramm des Modulationssignals m 1 bzw. m 2. If the influence of the diode network N is not taken into account, the time course of the phase position ψ 1 or φ 2 of the first input signal e 1 at the outputs of the phase shifter Pl or P 2 corresponds exactly to the oscillogram of the modulation signal m 1 or m 2.

F i g. 4b bzw. 4c zeigt infolgedessen sowohl denF i g. 4b and 4c consequently show both the

w) Verlauf der Phasenlage φ 1 bzw. φ 2 des Signals e 1 am Ausgang des Phasenschiebers Pl bzw. P 2 als auch den Verlauf des Modulationssignals m 1 bzw. m 2. w) Course of the phase position φ 1 or φ 2 of the signal e 1 at the output of the phase shifter Pl or P 2 as well as the course of the modulation signal m 1 or m 2.

Aus dem Modulationssignal m 1 wird durch ein Differenzierglied Dl ein Schaltsignal 51 abgeleitet. DasA switching signal 51 is derived from the modulation signal m 1 by a differentiating element Dl. That

h5 Dilierenzierglied Dl liefert eine positive oder negative Schaltspannung je nachdem, ob das Modulationssignal m X eine positive oder eine negative Steigung aufweist. Das resultierende Schaltsignal s 1 hat einen rechteckför-h5 dilating element Dl supplies a positive or negative switching voltage depending on whether the modulation signal m X has a positive or a negative slope. The resulting switching signal s 1 has a rectangular shape

migen Verlauf (Fi g.4d). Das Schaltsignal s 2 (F ig. 4e) wird durch die zweite Umkehrstufe /2 aus dem ersten Schaltsignal s 1 abgeleitet.moderate course (Fig. 4d). The switching signal s 2 (FIG. 4e) is derived from the first switching signal s 1 by the second reversing stage / 2.

Während den ersten Periodenhälften des Modulationssignals /771 verbindet der erste Schalter 51 in Fig. 1 den Punk" A 3 mit dem Ausgang A 1 des ersten Phasenschiebers l'i, an welchem in diesem Zeitraum der Phasenwinkel φ 1 des ersten Eingangssignals e 1 von — π/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 e 1 von π/2 nach 3 ■ n/2 verschoben wird. Da der Phasenwinkel —π/2 mit dem Phasenwinkel 3 · π 12 identisch ist und die Phase in der folgenden Periode erneut von —π/2 nach 3 · n/2 verschoben wird, kann am Punkt A 3 ein Signal der Frequenz f\ entnommen werden, dessen Phasenwinkel kontinuierlich zunimmt (vgl. F i g. 4f).During the first half of the period of the modulation signal / 771, the first switch 51 in FIG. 1 connects the point " A 3" to the output A 1 of the first phase shifter l'i, at which the phase angle φ 1 of the first input signal e 1 from - π / 2 π to + / the second switch is displaced. 2 During the second half periods of the modulation signal m2 and the second input signal e2 connects 52 the point A 3 to the output A 2 of the second phase shifter P2, to which in this period, the phase angle φ 2 of the first input signal e 1 is shifted from π / 2 to 3 · n / 2. Since the phase angle -π / 2 is identical to the phase angle 3 · π 12 and the phase in the following period again from -π / 2 to 3 · n / 2 is shifted, a signal of frequency f \ can be taken at point A 3, the phase angle of which increases continuously (see FIG. 4f).

Durch Betätigung des Umschalters U wird bewirkt, daß das Schaltsignal s 1 am Steueranschluß des zweiten Schalters 52 und das Schaltsignal s2 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 s 1 is applied to the control connection of the second switch 52 and the switching signal s 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

κι Schalter 51 geschlossen. Am Punkt A 3 kann ein Signal der Frequenz f\ entnommen werden, dessen Phasenwinkel kontinuierlich abnimmt.κι 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 L zugeführt, der gegebenenfalls eine Restamplitudenmodulation eliminiert. Das nachfolgende Bandfilter F ermöglicht den Durchgang der Grundfrequenz und unterdrückt die am Begrenzer L entstehenden Signale mit höheren harmonischen Frequenzen.The signal occurring at point A 3 is fed to a limiter L which, if necessary, eliminates residual amplitude modulation. The following band filter F enables the fundamental frequency to pass through and suppresses the signals with higher harmonic frequencies that arise at the limiter L.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A circuit arrangement for generating an electrical signal with a frequency corresponding to the sum or the difference of the frequencies of two predetermined signals, characterized in that a first variable phase shifter (PX) acted upon by the first signal (e X) is provided, which changes the phase position of this first signal (e X) corresponding to a triangular modulation signal (ml) derived from the second signal (el) with the same frequency as the second signal (e 2) in its first half-period from -n / 2 to + π / 2 and in its second Period half shifts from + π / 2 to -π / 2 , that a second phase shifter (P2) is provided, also acted upon by the first signal (e X) , which changes the phase position of the first signal (e X) according to the inverted triangular modulation signal ( m 2) shifts in the first half of the period from 3 · π / 2 to π / 2 and in the second half of the period from π / 2 to 3 - π / 2, and that the outputs (AX, A 2) of the two en phase shifter (PX, P2) are each connected to a point (A 3) via a switch (S 1, 52), whereby in the case of frequency summing the first switch (51) only during the first, the second switch ( 52), on the other hand, only during the second half of the period of the second signal (e 2) and, in the case of frequency difference formation, the first switch (51) 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 (Λ3) an output signal (a 3) with a frequency corresponding to the sum or the difference of the frequencies of the two signals (e 1, el) can be taken .

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two phase shifters (PX, P2) are constructed from a common, primary side with the first signal (e 1) acted upon transformer (TR) with the secondary winding connected to a reference potential at the center tap a connection (T2) on the one hand via the series connection of a first resistor (RX), a first inductance (LX), a first capacitance diode (DX) and a first capacitor (Cl) and on the other hand via the series connection of a second capacitor (Cl), a second Capacitance diode (D 2), a second inductance (L 2) and a second resistor (R 2) are connected to the other terminal (Tl), the two outputs (A 1, A 2 ) of the two phase shifters (PX, P2) are the connection points between these resistors (R 1 or R 2) and these inductances (LX or L2) and the modulation signals (m I, m 2) are supplied via Wide residues (R 3 or R 4) to the cathodes of the capacitance diodes (D 1, D 2) takes place.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the switches (51, 52) are each composed of two diodes (D 3, D 4), the anodes of which are connected together, the cathode of one diode (D 3) being the input, the cathode of the other diode (D 4) forms the output of the switch, and that a resistor (R 5) connected to the anodes of the two diodes (D 3, D 4)

is provided via which a square-wave signal (s) serving to actuate the switch and having the same frequency as the second signal (e 2) is fed.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the square-wave signal (s) is obtained from the modulation signal (m X) by a differentiating element (DI) .

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a limiter circuit (L) with a downstream band filter (F) is connected to suppress residual amplitude modulation of the output signal at the common point (A 3).

6. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a triangular modulation signal (m 1, m 2) predistorting diode network (N) is provided to compensate for the non-linearities of the phase shifter (PX, P 2).