DE3213877A1 - Verfahren zur erzeugung von sendesignalen und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von sendesignalen und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3213877A1 DE19823213877 DE3213877A DE3213877A1 DE 3213877 A1 DE3213877 A1 DE 3213877A1 DE 19823213877 DE19823213877 DE 19823213877 DE 3213877 A DE3213877 A DE 3213877A DE 3213877 A1 DE3213877 A1 DE 3213877A1
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Description

  • Verfahren zur Erzeugung von Sendesignalen und
  • Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Sendesignalen vorgebbarer Frequenz, insbesondere zum Betrieb von elektroakustischen Wandlern, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
  • Bei der Sendesignalerzeugung ist es zur Erzielung von Spektren mit guter Nebenzipfeldämpfung notwendig, die mittlere Leistung der Sendesignale zeitabhängig steuern zu können. Bei Verwendung von linearen Verstärkern erreicht man dies dadurch, daß man einen Sinusträger mit Sendefrequenz erzeugt und mit einer Fensterfunktion multipliziert. Als Ergebnis erhält man ein amplitudenmoduliertes Sendesignal mit Sendefrequenz, dessen Amplitude bei geeigneter Wahl der Fensterfunktion von Null bei Beginn der Signalab strahlung zeitabhängig zunimmt und von einem Maximalwert wieder auf Null am Ende der Signalabstrahlung zurückgeht.
  • Auf geschaltete Leistungsverstärker sind diese Überlegungen nicht unmittelbar übertragbar. Geschaltete Leistungsverstärker verbinden den Lastwiderstand, hier den elektroakustischen Wandler, immer nur mit der vollen positiven oder negativen Versorgungsspannung, und zwar wechselweise, da aufeinanderfolgende Steuerimpulse abwechselnd dem einen und anderen von zwei Steuereingängen des Leistungsverstärkers zugeführt werden. An dem Wandler liegen somit Rechteckimpulse konstanter Größe und wechselnder Polarität an. Eine Anpassung der mittleren Signalleistung kann daher nur durch geeignete Wahl des Tastverhältnisses und damit durch Veränderung der Dauer oder Länge der Rechteckimpulse erfolgen. Durch die Tiefpaßwirkung der Wandler und durch das Übertragungsverhalten des Mediums Wasser bei Unterwassersenden ist das Sendesignal bereits in geringem Abstand von dem Wandler oder der aus einer Wandleranzahl bestehenden Sendebasis kaum von einem mit linearen Verstärkern erzeugten Signal zu unterscheiden.
  • Bei einem bekannten Verfahren zur Sendesignalerzeugung mit geschalteten Leistungsverstärkern werden Steuerimpulse variabler Länge, welche die Einschaltdauer der Leistungsverstärker bestimmen und damit das Tastverhältnis festlegen, durch voreinstellbare Zähler erzeugt, die mit Werten einer Fensterfunktion voreingestellt werden. Die Fensterfunktion ist jedoch hierbei aufgrund der Phasen-Zeit-Beziehung von der Sendefrequenz abhängig und muß für jede Sendefrequenz festgelegt werden, wodurch der elektronische Aufwand beträchtlich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem das Tastverhältnis der von den geschalteten Leistungsverstärkern abgegebenen Rechteckimpulse wechselnder Polarität, die zu einem Sendesignal zusammengesetzt werden, und damit die mittlere Leistung des Sendesignals unabhängig von der Sendefrequenz, vorzugsweise zeitabhängig, eingestellt werden kann. Zugleich sollen mit diesem Verfahren die Voraussetzungen geschaffen werden, eine solche einstellbare frequenzunabhängige Sendesignalleistung sowohl ungerichtet als auch gerichtet in vorwählbarer Senderichtung abstrahlen zu können, wobei der hierfür erforderliche elektronische Aufwand möglichst klein gehalten werden soll.
  • Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Vorgabe des Schwellwertes wird die Pulslänge der Steuerimpulse festgelegt und somit die abgestrahlte mittlere Sendeleistung gesteuert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Tastverhältnis und damit die mittlere Leistung des Sendesignals unabhängig von der Sendefrequenz allein durch Vorgabe eines einzigen Schwellwertes eingestellt werden kann. Das Tastverhältnis bleibt bei unverändertem Schwellwert auch bei sich ändernder Sendefrequenz unverändert. Damit ist es u. a, auch möglich, bei einem sog. FM-Sweep die abgestrahlte Leistung über die gesamte Sendedauer konstant zu halten. Durch die Frequenzunabhängigkeit in der Einstellung des Tastverhältnisses der Sendeimpulse ist der elektronische Aufwand zur Realisierung des Verfahrens gegenüber den bisher bekannten Verfahren erheblich reduziert. Will man bei allen Sendefrequenzen die gleiche mittlere Leistung abstrahlen, so muß lediglich ein einziger Schwellwert generiert werden, der bei zeitabhängiger Anpassung der Leistung nach einer einzigen Zeitfunktion geändert werden muß.
  • Die Ableitung des symmetrischen Signals aus einem Referenzsignal, dessen Periodendauer dem Kehrwert der Sendefrequenz entspricht und das die Phasenlage des Sendesignals festlegt, eröffnet die Möglichkeit, zur Richtungsbildung in einfacher Weise eine Gruppe von Wandlern phasenverschoben anzusteuern, so daß sich z. B. für eine auf einem Zylinder angeordnete Wandleranordnung (Zylinderbasis) eine gerichtete Abstrahlung der Sendeleistung ergibt, ohne daß dadurch die mittlere Sendesignalleistung in ihrer zeitabhängigen Anpassung beeinflußt wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird hierbei das Referenzsignal um den erforderlichen Phasenwinkel verschoben und das symmetrische Signal aus dem phasenverschobenen Referenzsignal abgeleitet. Der Phasenwinkel bestimmt sich dabei aus der Sendefrequenz und aus der aufgrund der Wandlergeometrie sich ergebenden Verzögerungszeit für den einzelnen Wandler. Bei digitaler Signalerzeugung kann dabei gemäß Anspruch 7 die Phasenverschiebung des Referenzsignals durch einfache Addition eines digitalen Phasenwertes zu dem digitalen Referenzsignal erreicht werden. Für jeden Wandler oder jede Wandlergruppe wird dabei entsprechend der Geometrie der Wandleranordnung und der gewünschten Senderichtung ein gesondertes phasenverschobenes Referenzsignal erzeugt und daraus jeweils ein symmetrisches Signal abgeleitet. Dies kann in parallelen Schaltungen gleichzeitig oder zweckmäßiger Weise in der gleichen Schaltung zeitlich nacheinander erfolgen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 3. Durch die Ableitung des Polaritätssignals aus dem Referenzsignal bzw. aus dem verschobenen Referenzsignal ist sichergestellt, daß ersteres die gleiche Phasenlage und die gleiche Frequenz aufweist wie das Referenzsignal. Da das Polaritätssignal quasi die Polarität der Steuerimpulse bestimmt, d. h. festlegt, ob der jeweilige Steuerimpuls die Verbindung des an den Leistungsverstärker angeschlossenen Lastwiderstandes bzw. Wandlers mit der positiven oder negativen Versorgungsspannung bewirkt, ist sichergestellt, daß in jeder Sendesignalperiode jedem Leistungsverstärker zwei um 180° gegeneinander phasenverschobene Steuerimpulse zugeführt werden, die abwechselnd an dem einen oder anderen Steuereingang des Leistungsverstärkers anliegen.
  • Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 9, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 12.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch geringes Bauvolumen aus. Die erforderlichen Bauelemente für die Sendesignalerzeugung lassen sich auf einer einzigen Doppeleuropaformat-Karte unterbringen.
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt dabei ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Sendesignalen.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung weist einen einstellbaren digitalen Sägezahngenerator 20 auf, der n, hier 7, l-Bit-Ausgänge 21 und eine Anzahl, hier 12, l-Bit-Eingänge 22 zur Einstellung der Sägezahnfrequenz hat. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der digitale Sägezahngenerator 20 als digitaler Addierer 23 mit einem Takteingang, zwei Mehrbit-Summandeneingängen und einem Mehrbit-Ausgang ausgebildet. Der Takteingang ist mit einem Taktgenerator 24 verbunden, der eine konstante Taktfrequenz, hier 1/3 MHz, abgibt. Der eine Summandeneingang weist hier 12 Bit auf und stellt die Eingänge 22 des einstellbaren Sägezahngenerators 20 dar. Der 16 Bit-Ausgang des Addierers 23 ist mit dem 16 Bit Summandenein- gang verbunden, so daß der Addierer 23 eine an dem anderen Summandeneingang anlegbare Zahl N fortlaufend modulo 216 der im Addierer 23 gebildeten Summe hinzuaddiert. Die oberen 7 Bit des 16 Bit-Ausgangs des Addierers 23 bilden die n, hier 7, Ausgänge des digitalen Sägezahngenerators 20. Die 7 Ausgänge des Sägezahngenerators 20 sind unter Zwischenschaltung eines n-Bit-Volladdierers 25, hier eines 7-Bit-Volladdierers, mit n-2, hier 5, Exclusiv-Oder-Gatter 26, im folgenden EX-OR-Gatter 26 genannt, verbunden. Der Volladdierer 25 kann entfallen, wenn eine phasenverzögerte Ansteuerung, die noch nachfolgend beschrieben werden wird, der Wandler 40 der Wandleranordnung 41 nicht erforderlich ist, was z. B. bei ungerichteter Abstrahlung (ODT-Betrieb) einer zylinderförmigen Wandleranordnung 41 (Zylinderbasis) oder bei einer Abstrahlung senkrecht zur Ebene einer ebenen Wandleranordnung 41 (Flachbasis) der Fall ist. In diesem Fall würden die Ausgänge 21 des Sägezahngenerators 20 unmittelbar mit den entsprechenden Eingängen der EX-OR-Gatter 26 verbunden sein, und zwar derart, daß ein Eingang aller EX-OR-Gatter 26 an dem das zweithöchste Bit (215) der 7 Ausgänge führenden sechsten Ausgang und die anderen Eingänge der EX-OR-Gatter jeweils an einem der verbleibenden Ausgänge mit Ausnahme des das höchste Bit (216) der 7 Ausgänge führenden siebten Ausgangs anliegen. An dem das höchstwertige Bit (MSB) führenden siebten Ausgang des Sägezahngenerators 20 ist dann ein Polaritätssignal abnehmbar.
  • Bei der in der dargestellten Schaltungsanordnung vorgenommenen Zwischenschaltung des 7-Bit-Volladdierers 25 zwischen Sägezahngenerator 20 und EX-OR-Gatter 26 ist in gleicher Weise der das zweithöchste Bit (215) führende sechste Ausgang des Addierers 25 mit jedem Eingang der fünf iX-OR-Gatter 26 verbunden und die übri- gen Ausgänge, mit Ausnahme des das höchste Bit (216) führenden siebten Ausgangs des Addierers 25, sind mit jeweils einem der Eingänge der EX-OR-Gatter 26 verbunden. An dem das höchstwertige Bit (216) führenden siebten Ausgang ist wiederum das Polaritätssignal abnehmbar, dessen Funktion noch nachstehend beschrieben wird. Die Ausgänge der EX-OR-Gatter 26 sind mit einem 5-Bit-Eingang eines Komparators 27 verbunden, dessen anderer 5 Bit-Eingang mit einem digitalen Schwellwert belegbar ist. Hierzu ist dieser 5-Bit-Eingang des Komparators 27 mit einem programmierbaren Festspeicher (PROM) 28 verbunden, der von einem Rauf-Runter-Zähler (up/down-Zähler) 29 adressiert wird. Der Ausgang des Komparators 27 ist mit dem einen Eingang eines Logikgatters 30 verbunden, an dessen anderen Eingang das Polaritätssignal durch Verbinden mit dem höchstwertigen Bit-Ausgang des Volladdierers 25 gelegt ist. Die beiden Ausgänge des Logikgatters 30 sind über je einen Multiplexer 31 bzw.
  • 32 mit einem von zwei Steuereingängen geschalteter Leistungsverstärker 33 verbunden, deren Ausgang jeweils an einem Wandler 40 der Wandleranordnung 41 angeschlossen ist. Die MultiPlexer 31 und 32 sind miteinander synchronisiert. Geschaltete Leistungsverstärker 33 sind bekannt und im Aufbau und der Wirkungsweise beispielsweise in der EP-OS 0034322 beschrieben. Wenn - wie häufig - das Logikgatter 30 in den Leistungsverstärker 33 integriert ist, wäre in diesem Fall der Ausgang des Komparators 27 über den Multiplexer 31 mit dem einen Eingang eines solchen Leistungsverstärkers und der das höchstwertige Bit 16 ) führende siebte Ausgang des Addierers 25 über den Multiplexer 32 mit dem anderen Eingang eines solchen Leistungsverstärkers zu verbinden. Das Logikgatter 30 ist mit zwei AND-Gliedern 34 und 35 und einem Inverter 36 derart aufgebaut, daß das in jeder Halbperiode seine Polarität wechselnde Polaritätssignal das Ausgangssignal des Komparators 27 abwechselnd auf den einen oder anderen Ausgang des Logikgatters 30 durchschaltet. Die Wandler 40 - oder auch eine Gruppe parallelgeschalteter Wandler, sog.
  • Staves, - der Wandleranordnung 41 werden über die Multiplexer 31, 32 zeitlich aufeinanderfolgend mit der gleichen Schaltungsanordnung verbunden, so daß diese für jeden Wandler ein gesondertes Sendesignal erzeugt, das z. B. bei Richtungsbildung für jeden Wandler entsprechend seiner geometrischen Lage in der Wandleranordnung verändert wird, wobei die Sendesignalleistung konstant bleibt.
  • Für die Richtungsbildung ist an dem anderen 7-Bit-Summandeneingang des 7-Bit-Volladdierers 25 ein digitaler Multiplizierer 37 angeschlossen, dessen einer Eingang mit dem Eingang 22 des Sägezahngenerators 23 und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines programmierbaren Festspeichers (PROM) 38 verbunden ist.
  • In dem PROM 38 sind die aus der Geometrie der Wandleranordnung 41 und der gewünschten Senderichtung sich ergebenden Verzögerungszeiten als Vielfaches i einer kleinsten Zeiteinheit At abgespeichert. Auch die Sendefrequenz wird als Vielfaches N einer kleinsten Einheit tF sowohl im Sägezahngenerator 20 eingestellt als auch dem anderen Eingang des Multiplizierers 37 zugeführt. Die kleinste Einheit der Sendefrequenz ist im vorliegenden Beispiel zu AF = MHz 21 und die kleinste Zeiteinheit = 3,is gewählt. Damit ergibt sich die Sendefrequenz aus F = N- t F AF 212 und die Verzögerungszeit aus t = i At 0i270 Der aus der Sendefrequenz und der Verzögerungszeit gebildete Phasenwinkel ergibt sich gleichfalls als ein Vielfaches m einer kleinsten Winkeleinheit t wobei im vorliegenden Fall A cp = gewählt ist. Durch diese geeignete Quantisierung von Sendefrequenz F und Verzögerungszeit t ergibt sich der Phasenwinkel ç am Ausgang des Multiplizierers 37 als Produkt m der ganzzahligen Vielfachen i der quantisierten Verzögerungszeit Ät und N der quantisierten Sendefrequenz zF. Eine sich dabei noch ergebende Multiplikation mit dem Faktor 2 -9 wird durch Bit-Shiften am Ausgang des Multiplizierers 37 verwirklicht.
  • Die vorstehend beschriebene Quantisierung von Sendefrequenz F und Verzögerungszeit t ist nicht zwingend, sondern stellt nur eine besonders zweckmäßige Ausführungsform dar. Die Quantisierung kann jedoch nicht beliebig gemacht werden, sondern muß immer so vorgenommen werden, daß das Produkt der kleinsten Einheiten nF bzw. #t von Sendefrequenz F und Verzögerungszeit t eine ganzzahlige Potenz der Zahl "2" ist. Bei dieser Quantisierung kann die Wandlung der für die verzögerte Ansteuerung der einzelnen Wandler 41 erforderliche Verzögerungszeit in einen Phasenwinkel 9 zur Verschiebung des dem Wandler zugeführten Sendesignals durch einfache Multiplikation der ganzzahligen Vielfachen N und i von Sendefrequenz F und Verzögerungs- zeit t erfolgen. Das Produkt m wird über den zweiten 7-Bit-Summandeneingang dem Addierer 25 zugeführt.
  • Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung ist wie folgt: Die gewünschte Sendefrequenz F wird als ganze Zahl N, die ein ganzzahliges Vielfaches der kleinsten Sendefrequenzeinheit a F darstellt, einerseits dem Sägezahngenerator 20 über dessen Eingang 22 und andererseits dem einen Eingang des Multiplizierers 37 eingegeben. Der Addierer 23 des Sägezahngenerators 20 addiert - wie bereits erwähnt - diese Zahl N laufend 216 modulo 21 der Summe hinzu. Am Ausgang 21 des Sägezahngenerators 20 tritt damit als periodisches Referenzsignal ein Sägezahnsignal auf, dessen Frequenz abhängig ist von der Taktfrequenz des Taktgenerators 34 und der eingegebenen Zahl N, und zwar gemäß F = N.1/3 MHz = N.#F.
  • 216 Das Sägezahnsignal bestimmt die Frequenz und die Referenzphase der den einzelnen Wandlern 40 zugeführten Sendesignale. Das digitale Sägezahnsignal, das in der Zeichnung sinnbildlich am Ausgang des Sägezahngenerators 20 dargestellt ist, wird dem einen Summandeneingang des 7-Bit-Volladdierers 25 zugeführt.
  • Wenn es erforderlich ist, daß das erzeugte Sendesignal zeitverzögert dem jeweils gerade angesteuerten Wandler 40 zugeführt werden muß, so wird aus dem PROM 38 die erforderliche Verzögerungszeit als ganzzahliges Vielfaches i der vorstehend beschriebenen kleinsten Zeiteinheit ausgelesen und an den 7-Bit-Eingang des Multiplizierers 37 gelegt. Der am Ausgang des Multiplizierers 37 abnehmbare digitale Phasenwert als Produkt m der beiden ganzzahligen Vielfachen i und N wird dem anderen 7-Bit-Summandeneingang des Addierers 25 zugeführt. Im Addierer 25 wird dem digitalen Sägezahnsignal die konstante Zahl m des digitalen Phasenwertes hinzuaddiert, was einer Phasenverschiebung des Sägezahnsignals gleichkommt. An den sieben Ausgängen des Addierers 25 würde somit ein um den Phasenwert m verschobenes digitales Sägezahnsignal abnehmbar sein. Durch die Abtrennung des das höchstwertige Bit (216) führenden siebten Ausgangs des Addierers 25, dessen Bit als Polaritätssignal dem Logikgatter 30 zugeführt wird, würde an den verbleibenden sechs Ausgängen des Addierers 25 ein phasenverschobenes Sägezahnsignal doppelter Sendefrequenz anstehen. Durch die Abtrennung des das zweithöchste Bit (215) führenden sechsten Ausgangs des Addierers 25 und dem vorstehend beschriebenen Anschluß der fünf EX-OR-Gatter 26 an den sechs Ausgängen des Addierers 25 entsteht an den Ausgängen der EX-OR-Gatter 26 und damit an dem Eingang des Komparators 27 ein digitales symmetrisches Dreiecksignal, wie es in der Zeichnung am Eingang des Komparators 27 sinnbildlich dargestellt ist. Dieses symmetrische Signal weist die doppelte Frequenz des Referenz-Sägezahnsignals auf. Entsprechend der gewünschten mittleren Signalleistung wird aus dem PROM 28 ein digitaler Schwellwert ausgelesen-und dem anderen Eingang des Komparators 27 zugeführt. Am Ausgang tritt immer dann ein rechteckförmiger Steuerimpuls auf 7 wenn und solange das digitale Dreiecksignal den Schwellwert überschreitet. Da das digitale Dreiecksignal eine doppelt so große Frequenz wie das Referenz-Sägezahnsignal aufweist, treten am Ausgang des Komparators pro Periode des Sägezahnsignals zwei rechteckförmige Steuerimpulse auf, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind. Diese Steuerimpulse werden über das Logikgatter 30 und den Multiplexern 31 und 32 den beiden I"sin,gängen ( i eines Tei.stungsverst.ärkers 33 zugeführt.
  • Da das dem Logikgatter 30 ebenfalls zugeführte Polaritätssignal seine Polarität in jeder Halbperiode ändert, treten an den beiden Ausgängen des Logikgatters 30 abwechselnd Steuerimpulse auf, die gegeneinander um eine halbe Periode verschoben sind. Die Steuerimpulse an den Ausgängen des Logikgatters 30 bewirken, daß der jeweilige Leistungsverstärker 33, der gerade mit dem Logikgatter 30 verbunden ist, den zugeordneten Wandler 40 in der einen Halbperiode an die positive und in der anderen Halbperiode an die negative Versorgungsspannung legt.
  • Der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt sich in schneller Folge, wobei nacheinander die einzelnen Wandler 40 über ihre zugeordneten Leistungsverstärker 33 mit dem Logikgatter 30 verbunden werden. Entsprechend der erforderlichen Zeitverzögerung für die einzelnen Wandler 40 ist aus dem PROM 38 bei jedem sich wiederholenden Vorgang das der jeweiligen Zeitverzögerung zugeordnete Vielfache i der kleinsten Zeiteinheit At auszulesen und dem Multiplizierer 37 zuzuführen. Zur zeitabhängigen Anpassung der mittleren Sendesignalleistung werden die einzelnen Wandler 40 nacheinander mehrmals mit variabler Steuerimpuislänge angesteuert. Hierzu wir« jeweils ein veränderter Schwellwert aus dem PROM 28 ausgelesen und dem Komparator 27 zugeführt. Das Auslesen des PROM 28 erfolgt über den Rauf-Runter-Zähler 29, der entsprechend seinem Zählerstand das PROM 28 adressiert und den unter diese Adresse abgelegten digitalen Schwellwert ausliest. Da der Rauf-Runter-Zähler 29 mit fest eingestelltem Takt zunächst hoch zählt und dann nach einer einstellbaren Pause abwärts zählt, wird der Schwellwert zu Beginn der Sendesignalerzeugung von Null aus allmählich vergrößert und zum Ende der Sendesignalerzeugung hin schrittweise bis auf Null wieder verringert. Dadurch erhält man einen gewünschten Verlauf der abgestrahlten Sendeleistung, der Spektren mit guter Nebenzipfeldämpfung garantiert.
  • Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Sendesignalen beschränkt. So ist es zwar zweckmäßig aber nicht zwingend, das Referenzsignal mit einem Sägezahnsignalgenerator zu erzeugen. Auch ist es nicht zwingend, als symmetrisches Signal ein Dreiecksignal aus dem Referenzsignal ab zum leiten. Das symmetrische Signal kann einen beliebigen Verlauf, z. B. auch einen sinusförmigen Verlauf, aufweisen, wobei nur zwingend die Symmetrie des symmetrischen Signals vorgeschrieben ist, derart, daß innerhalb einer Periode des symmetrischen Signals, die halb so groß ist wie die des Referenzsignals, das symmetrische Signal eine gleiche Anstiegs- und Abfallcharakteristik aufweist.
  • Des weiteren ist es nicht zwingend, daß die Steuerimpulse an die Leistungsverstärker für die Dauer der Schwellwertüberschreitung angelegt werden. In gleicher Weise könnten die Steuerimpulse auch für die Dauer einer Schwellwertunterschreitung den Leistungsverstärkern zugeführt werden.
  • Es ist besonders zweckmäßig, aber nicht zwingend, die Sendesignalerzeugung digital durchzuführen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Sendesignale auch in analoger Weise erzeugen.
  • Bei der digitalen Erzeugung eines Sägezahnsignals ist es auch nicht unbedingt erforderlich, den Sägezahngenerator 20 mit dem Addierer 23 aufzubauen. In gleicher Weise könnte als Sägezahngenerator ein einfacher Zähler dienen, was jedoch gleichbedeutend ist, daß dem Addierer 23 die Zahl N = 1 zugeführt wird.

Claims (16)

  1. PATENTANS PRÜCHE 1. Verfahren zur Erzeugung von Sendesignalen vorgebbarer Sendefrequenz, insbesondere zum Betrieb von elektroakustischen Wandlern, unter Verwendung von mit Steuerimpulsen geschalteten Leistungsverstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisches Referenzsignal, vorzugsweise ein Sägezahnsignal, mit einer der Sendefrequenz entsprechenden Frequenz erzeugt wird, daß von dem Referenzsignal ein symmetrisches Signal, vorzugsweise ein Dreiecksignal, mit gegenüber der Referenzsignalfrequenz doppelter Frequenz abgeleitet wird, das innerhalb seiner Signalperiode symmetrische Anstiegs- und Abfallcharakteristiken aufweist, daß das symmetrische Signal mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird und daß die Steuerimpulse an die jeweiligen Leistungsverstärker für die Dauer der Schwellwertüber- oder -unterschreitungen angelegt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeitlich verzögerten Abgabe des Sendesignals das Referenzsignal um einen aus der vorgegebenen Verzögerungszeit und der Sendefrequenz sich ergebenden Phasenwinkel verschoben und das symmetrische Signal von dem phasenverschobenen Referenzsignal abgeleitet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Referenzsignal bzw.
    aus dem phasenverschobenen Referenzsignal, ein Polaritätssignal abgeleitet wird, das in jeder Signalhalbperiode seine Polarität wechselt, und daß die Steuerimpulse entsprechend der Polarität des Polaritätssignals dem einen oder anderen von zwei Steuereingängen der Leistungsverstärker (33) zugeführt werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der mittleren Sendeleistung die vorgegebene Schwelle zumindest am Anfang und am Ende einer Sendesignalabstrahlung zeitabhängig verändert, vorzugsweise am Anfang von Null auf einen Maximalwert angehoben und am Ende von dem Maximalwert auf Null abgesenkt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Erzeugung, Ableitung und Vergleich der Signale digital vorgenommen werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das höchstwertige Bit des digital len Referenzsignals als Polaritätssignal verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalen Referenzsignal ein digitaler Phasenwert aufaddiert wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des digitalen Phasenwertes die Sendefrequenz (F) und eine erforderliche Verzögerungszeit (t) als ganzzahliges Vielfaches (N, i) einer kleinsten Einheit ( 1IF, dt) vorgegeben werden, daß die kleinsten Einheiten (nF, tt) von Sendefrequenz (F) und Verzö- gerungszeit (t) so gewählt werden, daß das Produkt der kleinsten Einheiten (t F, tt) von Sendefrequenz (F) und Verzögerungszeit (t) eine ganzzahlige Potenz der Zahl "2" ist, und daß der Phasenwert (m) durch Multiplikation der Vielfachen (N, i) und ggf. durch Verschieben (Bit-Shiften) des Produktes gewonnen wird.
  9. 9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals ein digitaler Sägezahngenerator (20) mit mindestens n l-Bit-Ausgängen (21) vorgesehen ist, daß zur Ableitung des symmetrischen Signals an den Ausgängen (21) des Sägezahngenerators (20) n-2 EX-OR-Gatter (26) mittelbar oder unmittelbar derart angeschlossen sind, daß ein Eingang aller EX-OR-Gatter (26) an dem das zweithöchste Bit (215) der n Ausgänge führenden n-lten Ausgang und die anderen Eingänge der EX-OR-Gatter (26) jeweils an einem der verbleibenden Ausgänge mit Ausnahme des das höchste Bit (216) der n Ausgänge führenden n-ten Ausgang anliegen, daß zum Vergleich von symmetrischen Signal und Schwellwert ein digitaler Komparator (27) einerseits mit den Ausgängen der EX-OR-Gatter (26) und andererseits mit einem digitalen Schwellwertgeber (28) verbunden ist und daß das an dem n-ten Ausgang anstehende höchstwertige Bit (216) der n Ausgänge des Sägezahngenerators (20) ein Polaritätssignal für die am Ausgang des Komparators (27) auftretenden Steuerimpulse bildet.
  10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator (20) einen digitalen Addierer (23) mit einem Takteingang und zwei Mehrbit-Summandeneingängen aufweist, dessen Mehrbit-Ausgang die n Ausgänge (21) des Sägezahngenerators (20) enthält, daß der eine Summandeneingang und der Ausgang des Addierers (23) miteinander verbunden sind und daß an dem anderen Summandeneingang ein der vorgegebenen Sendefrequenz (F) als Vielfaches (N) einer kleinsten Einheit (AF) der Sendefrequenz (F) entsprechender Digitalwert und an dem Takteingang eine konstante Taktfrequenz anliegt.
  11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Einheit ( F) der Sendefrequenz (F) durch den Quotienten aus Taktfrequenz und dem höchstwertigen Bit (216) des Addierers (23) festgelegt ist.
  12. 12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß den n Ausgängen (21) des Sägezahngenerators (20) ein n-Bit-Volladdierer (25) in der Weise nachgeschaltet ist, daß den an den n Ausgängen (21) des Sägezahngenerators (20) jeweils anstehenden Digitalwerten ein einem Phasenwert entsprechender Digitalwert aufaddiert wird.
  13. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Summandeneingang des n-Bit-Volladdierers (25) mit den n Ausgängen (21) des Sägezahngenerators (20) und der andere Summandeneingang mit einem n-Bit-Ausgang eines Multiplizierers (37) verbunden ist, daß von den n Ausgängen des n-Bit-Volladdierers (25) der das zweithöchste Bit (215) führende n-lte Ausgang mit jeweils einem der Eingänge der EX-OR-Gatter (26) und die übrigen Ausgänge mit Ausnahme des das höchste Bit (216) führenden n-ten Ausgang jeweils mit dem anderen Eingang der EX-OR-Gatter (26) verbunden sind und an dem das höchste Bit (216) führenden n-te Ausgang das Polaritätssignal abgenommen ist und daß an den beiden Eingängen des Multiplizierers (37) jeweils ein der vorgegebenen Verzögerungszeit (t) und ein der vorgegebenen Sendefrequenz (F) entsprechender Digitalwert jeweils als ganzzahliges Vielfaches (i, N) einer kleinsten Einheit (nt, nF) von Verzögerungszeit (t) und Sendefrequenz (F) anliegt.
  14. 14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang des Multiplizierers (37) mit einem vorgegebene Verzögerungszeiten (t) als ganzzahliges Vielfaches (i) der kleinsten Verzögerungseinheit (At) digital enthaltenen programmierbaren Festspeicher (38) verbunden ist und der andere Eingang des Multiplizierers (37) dem Summandeneingang des Addierers (23) des Sägezahngenerators (20) parallelgeschaltet ist, dem der die Sendefrequenz (F) bestimmende Digitalwert als ganzzahliges Vielfaches (N) der kleinsten Sendefrequenzeinheit (dF) zugeführt ist.
  15. 15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertgeber als programmierbarer Festspeicher (28) ausgebildet ist, in welchem eine Vielzahl von vorgebbaren digitalen Schwellwerten, die jeweils einem gewünschten Tastverhältnis der Steuerimpulse entspricht, abgespeichert sind.
  16. 16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der das höchste Bit (216) führende n-te Ausgang des n-Bit-Volladdierers (25) und der Ausgang des Komparators (27) mit dem Eingang eines Logikgatters (30) verbunden sind, dessen beide jeweils abwechselnd mit dem. Ausgang des Komparators verbindbaren Ausgänge mit jeweils einem der beiden Steuereingänge der Leistungsverstärker (33) verbunden sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2720966C2 (de) * 1977-05-10 1991-09-26 Karl Deutsch Prüf- und Meßgerätebau, 5600 Wuppertal Ultraschallsender

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