DE3438053A1

DE3438053A1 - Vorrichtung zum kompensieren von nichtlinearitaeten in einem frequenzmodulierten signal

Info

Publication number: DE3438053A1
Application number: DE19843438053
Authority: DE
Inventors: Paul Anton Sunnyvale Calif. Nysen
Original assignee: Xcyte Inc
Current assignee: Xcyte Inc
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1986-04-24
Also published as: AU3400484A; GB8425499D0; AU568157B2; GB2165425B; ZA847911B; GB2165425A; DE3438053C2; JPS61103361A; JPH0448021B2

Description

-VORRICHTUNG ZUM KOMPENSIEREN VON NICHTLINEARITATEN IN EINEM FREQUENZMODULIERTEN SIGNAL

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kompensieren von Nichtlinearitäten in einem frequenzmodulierten Signal gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem derartigen System kann z.B. die Signalquelle einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweisen, der auf ein zeitabhängiges Eingangssignal S„(t) anspricht und ein Ausgangssignal mit einer bestimmten, zeitabhängigen Frequenz f(t) erzeugt, die im wesentlichen direkt proportional dem Eingangssignal ist. Die Signalverwertgungseinrichtung kann in einer Laserabtastvorrichtung bestehen, die einen akustisch-optischen Wandler zur Ablenkung des Laserstrahls verwendet, wobei der Ablenkungswinkel proportional der Frequenz des zugeführten Signals ist. Die Signalsverwertungseinrichtung kann aber auch beispielsweise ein Interrogator-Transponder-System aufweisen, das ein Abfragesignal überträgt, dessen Frequenz im wesentlichen innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches linear ansteigt und/oder linear abfällt.

Bei den oben beschriebenen Systemen, die auf eine monoton ansteigende oder abfallende Frequenz ansprechen, führen Nichtlinearitäten in dieser Frequenz in bezug auf die Zeit oder Nichtlinearitäten in dieser Frequenz in bezug auf ein anderes Signal oder eine andere Spannung Fehler in die SignalVerwertungseinrichtung ein. Frühere Versuche zur Beseitigung dieser Nichtlinearitäten betrafen hauptsächlich Verfahren und Vorrichtungen zur Linearisierung der Zeit oder der Spannung gegenüber der Frequenzfunktion selbst.

So wurden z.B. Rückkopplungsschleifen zwischen dem Ausgang der Signalquelle und deren Steuereingang vorgesehen, um die im Ausgangssignal auftretenden Nichtlinearitäten zu beseitigen.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die die Nichtlinearitäten in dem Zeitverhalten der Frequenz f(t) eines ersten Signals beseitigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen hiervon sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 16.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht das Verzögerungselement eine konstante Signalverzögerung T, vor. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel stellt die Verzögerung T, eine bekannte Funktion der Frequenz f(t) des ersten Signals dar. Im letzten Fall, bei dem die Verzögerung T, eine Funktion der Frequenz ist, wird der vorgeschriebene Betrag der Frequenzänderung Af zwischen den vom Abtastsignal bestimmten Zeitpunkten ebenso frequenzabhängig sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kompensieren von Nichtlinearitäten in einem frequenzmodulierten Signal,

Fig. 2 ein Blockdiagramm von Elementen, die in der Abtasteinrichtung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthalten sind;

— 9 — ·

Fig. 3 und Fig. 4 Frequenz-Zeit-Diagramme, die die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verdeutlichen;

Fig. 5 ein Blockdxagramm, das die Anwendung

der Erfindung bei einer Laserstrahl-

Abtastvorrichtung darstellt;

Fig. 6 ein Blockdxagramm, das die Anwendung der

Erfindung bei einem Interrogator-Transponder-System darstellt;

Fig. 7 ein Blockdxagramm eines passiven Trans

ponders, der bei dem System gemäß Fig. verwendet werden kann;

Fig. 8 eine bevorzugte, praktische Ausführungsform des in Fig. 7 dargestellten Transponders;

Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt der Aus

führungsform gemäß Fig. 8;

Fig. 10 und Fig. 11 Zeitdiagramme der Spannung bzw. der Frequenz, die die Arbeitsweise des Systems gemäß Fig. 6 verdeutlichen und

Fig. 12 ein Frequenz-Zeit-Diagramm, das ebenso

die Arbeitsweise des Systems gemäß Fig. 6 verdeutlicht.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 1 bis 12 beschrieben, wobei identische Elemente in den ver-

schiedenen Figuren durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Fig. 1 zeigt das allgemeine System der Erfindung, bei dem ein Signal S-, mit einer monoton zeitveränderlichen Frequenz f-, wie auch ein Abtastsignal S₁- mit einer bestimmten Abtastfrequenz fj- einer Signal Verwertungseinrichtung 10 zugeführt wird. Diese SignalVerwertungseinrichtung 10 kann in irgendeiner Einrichtung bestehen, die auf das Signal S, anspricht und irgendeine Funktion ausübt oder in Abhängigkeit von der Frequenz f.. arbeitet. Zwei spezielle Beispiele dieser Signalverwertungseinrichtungen werden nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 5 bis 12 beschrieben.

Zum Zwecke der allgemeinen Beschreibung ist es ausreichend, zu wissen, daß die Signalverwertungseinrichtung 10 auf eine zeitabhängige Frequenz f, anspricht, so daß die Abweichungen zwischen dem Istwert und dem Sollwert dieser Frequenz in nicht annehmbaren Fehlern beim Betrieb der Signalverwertungseinrichtung resultieren.

Das Signal S, kann von irgendeiner geeigneten Quelle 12 erzeugt werden. Z.B. kann diese Signalquelle ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) sein, der ein Ausgangssignal S, mit einer Frequenz f., erzeugt, die linear mit einer Eingangsspannung S„ in Beziehung steht. Das heißt:

f_x(t) = K S_Q(t) + k , wobei K und k Konstanten sind.

Beispielsweise kann die Eingangsspannung S_Q eine Sägezahnsignal sein, das wiederholt von einem minimalen Wert zu einem maximalen Wert linear nach oben ansteigt. Ein der-

artiges Eingangssignal resultiert in einem Ausgangssignal S, mit einer Frequenz f,, die im wesentlichen linear von einem Anfangswert f . zu einem maximalen Wert f nach

mm max

oben ansteigt. Bei diesem Aufbau gibt es zwei Quellen für eine Abweichung der Frequenz f. von einem absolut linear nach oben verlaufenden Anstieg (df,/dt = konstant):

1. die Eingangsspannung S_n ist nicht genau linear in bezug auf die Zeit (df„/dt = konstant);

2. die Frequenz f, ist nicht exakt linear auf das Eingangssignal bezogen (S_nCf₁ = K S_Q + k).

In vielen Fällen wirkt sich diese Nichtlinearität des Signals f, nicht nachteilig auf den Betrieb der Signalverwertungseinrichtung 10 aus. Bei gewissen Anwendungsfällen kann jedoch diese Nichtlinearität nicht akzeptiert werden, und es ist demzufolge notwendig, die Abweichungen von dem gewünschten Wert von f, zu kompensieren.

Es ist selbstverständlich möglich, gewisse Korrekturmaßnahmen vorzusehen, wie z.B. die Verbesserung der Qualität der Spannungsquelle für das Signal S_n (z.B. die Qualität eines Rampengenerators), um deren Linearität zu verbessern und in ähnlicher Weise die Verbesserung der Qualität der Signalquelle 12 zu erhöhen, um die Linearität der Beziehung zwischen der Frequenz f, und dem Signal S_n zu verbessern.

Weiterhin ist es bekannt, eine Phasengegenkopplungsschleife zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Signalquelle 12 vorzusehen, um die Linearität der Signalquelle aufrechtzuerhalten. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Komplexität des Systems zunimmt, während Nichtlinearitäten in dem ursprünglichen Spannungssignal S_n nicht kompensiert werden können.

Gemäß der Erfindung wird das System mit einer separaten Vorrichtung 14 versehen, die ein Abtastsignal S^ erzeugt und dieses der Signalverwertungseinrichtung 10 zuführt, wobei dieses Abtastsignal S₅ die Zeitpunkte bestimmt, in denen sich die Frequenz f, des ersten Signals S, um einen vorbestimmten Betrag geändert hat.

Dieses Abtastsignal S₅ wird gemäß der Erfindung auf folgende Art erzeugt:

Das ursprüngliche Signal S, mit der Frequenz f.. wird einem Vierquadrantenmischer 16 sowohl direkt als auch über ein Verzögerungselement 18 mit einer Verzögerungszeit T, indirekt zugeführt. Das Ausgangssignal S„ des Verzögerungselements 18, das eine Frequenz f~ aufweist, wird auch dem Mischer 16 angelegt.

Obwohl das Signal S, bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel direkt dem Mischer 16 und dem Verzögerungsglied 18 zugeführt wird, kann das Signal S, ebenso über einen Frequenzvervielfacher, einen Frequenzteiler oder dergleichen geleitet werden, um·ein weiteres Signal abzuleiten, das dem Mischer 16 und dem Verzögerungselement 18 angelegt wird. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Frequenz dieses Signals, das dem Mischer und dem Verzögerungselement zugeführt wird, entweder die gleiche Frequenz f, ist oder eine von der Frequenz f, abgeleitete, sich auf die Frequenz f, beziehende und mit der Frequenz f, synchronisierte Frequenz ist.

Der Mischer 16 erzeugt ein Ausgangssignal S-, mit Frequenzen f_, die der Summe und der Differenz der Frequenzen f, und f„ entsprechen. Dieses Signal S_ wird einem Filter zügeführt, beispielsweise einem Tiefpaßfilter 20. Dieses Tief-

paßfilter 20 erzeugt ein Signal S., das lediglich die Differenzfrequenz, die in dem Signal S-. enthalten ist, erzeugt. Dieses Signal S. wird dann einer Abtasteinrichtung 22 angelegt, die ein Abtastsignal S₅ mit der Abtastfrequenz f^ erzeugt.

Die Abtasteinrichtung 22 kann die in Fig. 22 dargestellte Form annehmen. Diese Einrichtung weist einen oder mehrere Frequenzdoppier 24 auf, so daß die Abtastfrequenz f,- ein Vielfaches der Frequenz f. ist. Das Ausgangssignal des Frequenzvervielfachers (z.B. Frequenzdoppiers) 24 gelangt an einen Nulldurchgangsdetektor, der einen Abtastimpuls bei jedem ins Positive oder Negative laufenden Nulldurchgang erzeugt.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung 14 in Fig. 1 wird nun mit Bezug auf die Diagramme der Fig. 3 und 4 beschrieben. Diese Diagramme zeigen die Frequenz f, als eine Funktion der Zeit. Wie ersichtlich, steigt die Frequenz f, von einer minimalen

Frequenz f . zu einer maximalen Frequenz f nach oben mm max

an und fällt dann abrupt wieder auf die minimale Frequenz f . ab. Es ist erwünscht, daß die Frequenz f, zwischen mm ±

den beiden Grenzen eine lineare Funktion der Zeit darstellt. Das heißt df-,/dt = konstant. Jedoch würde es äußerst kostenaufwendig sein, eine Signalquelle mit einer Ausgangsfrequenz zu erzeugen, die exakt linear ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen die Nichtlinearität der Frequenz f, mit einer beträchtlichen Überbewertung, um das Verständnis zu erleichtern.

Die Fig. 3 zeigt die Frequenz f„ des Signals S~ in gestrichelten Linien. Diese Frequenz ist identisch mit der Frequenz f,; jedoch ist diese um die Zeitperiode T, verzögert. Überprüft man das Diagramm, so ist ersichtlich, daß die Differenz zwischen den Frequenzen f, und f„ zu

irgendeinem bestimmten Zeitpunkt (z.B. t_n) f. beträgt; d.h. die Frequenz des Signals S₄, das an dem Ausgang des Tiefpaßfilters 20 erscheint. Da das Signal S_? lediglich eine verzögerte Version des Signals S, darstellt, beträgt die Steigung der Kurve f, zum Zeitpunkt t_ etwa:

d fj/dt = ί₄/Τ_χ

Man definiert nun die Steigung der Frequenzkurve f, zu d _f

wobei Af die Änderung der Frequenz f, während der Zeitperiode T _ ist.

Wird nun die Zeitperiode T _ gleich T_f4 (der Periode des Signals S. mit der Frequenz f.) gesetzt, so gilt:

f₄/T₁ = Af/T_f4 .
Somit gilt

ic -F=I /Φ

^r4 - ¹/ⁱf4 '

für Af = l/T, = konstant.

Demzufolge ändert sich für jeden Zyklus des Signals S₄ (mit der Frequenz f₄ und der Zeitperiode T₄) die Frequenz f, um einen festgelegten Betrag Af. Somit bestimmt das Abtastsignal, das eine Frequenz f,- = Mf. aufweist, wobei M eine ganze Zahl ist, diejenigen Zeitpunkte, in denen sich die Frequenz £-. des Signals S, um einen vorbestimmten Betrag geändert hat.

Fig. 4 verdeutlicht in übertriebener Form, wie die Abtast-

impulse zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t,, t„, ... t. erscheinen. Diese sukzessiven Zeitpunkte bestimmten gleiche Änderungen Af der Frequenz f,. Die Größe der Frequenzänderung Af wird durch T, und die ganze Zahl M bestimmt.

Fig. 5 verdeutlicht ein System, bei dem ein Laserstrahl 40 einen Schirm oder eine andere Oberfläche 42 quer abtastet. Die Abtastung wird mit Hilfe eines akusto-optischen Modulators 44 bewerkstelligt.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator 46 liefert ein Signal mit der Frequenz f an die Platten des Modulators. Der Winkel der Ablenkung des Laserstrahls 40 ist direkt proportional dieser Frequenz.

Es ist verständlich, daß eine lineare Wobbelung der Frequenz f in einer konstanten Abtastgeschwindigkeit quer über die Oberfläche 42 resultiert. Jedoch verzerren Nichtlinearitäten, die zwangsläufig resultieren, das von der Abtasteinrichtung erzeugte Bild.

Gemäß der Erfindung wird ein Abtastsignal einem Q-Güte-Schalter 48 zugeführt, der den Strahl moduliert, um Zeitinkremente zu bestimmen, während denen der Strahl sich um gleiche Rauminkremente AS entlang des Schirms 42 bewegt. Diese Rauminkremente können durch geeignete Wahl der Verzögerungszeit T, und des Frequenzvervielfachers M in der

Vorrichtung 50, die das Abtastsignal erzeugt, so klein gemacht werden, wie dies, erwünscht ist.

Die Fig. 6 bis 12 verdeutlichen die Anwendung der Erfindung bei einem Interrogator-Transponder-System, das einen Oberflächenschallwellentransponder benutzt. Ein System dieses allgemeinen Typs ist in der US-PS 3 706 094 beschrieben.

Das in Fig. 6 gezeigte Sende/Empfangs- und Dekodiersystem weist einen Rampengenerator 90 auf, der eine Sägezahnwellenform einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 92 zuführt. Der spannungsgesteuerte Oszillator erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz f, die wiederholt von einer Frequenz von 905 MHz zu einer Frequenz von 925 MHz linear nach oben ansteigt.Dieses Signal wird mit Hilfe eines Hochfrequenzverstärkers 94 verstärkt und einem Sende/Empfangs-Schalter 96 angelegt. Der Schalter 96 führt das Signal entweder zu einem Sendeleistungsverstärker 98 oder zu einem Dekodiermischer 100. Der Schalter 96 wird mit Hilfe eines 100 KHz Rechteckwellensignals gesteuert, das von einem Taktgenerator 102 erzeugt wird. Das Ausgangssignal S, des Verstärkers 98 wird einem externen Zirkulator bzw. Sende/Empfangs-(TR)-Schalter 104 zugeführt und als elektromagnetische Strahlung mit Hilfe einer Antenne 106 ausgesendet.

Ein Blockdiagramm eines Transponders, der dem System gemäß Fig. 6 zugeordnet ist, wird in Fig. 7 verdeutlicht.

Der Transponder empfängt das Signal S, an einer Antenne 107 und führt es zu einer Anzahl von Verzögerungselementen 109, die die angezeigten Verzögerungszeiten T_Q und ΔΤ aufweisen. Nachdem jedes aufeinanderfolgende Verzögerungsglied passiert wird, wird ein Teil des Signals Ip., I-,, Iy, ... I„ abgezweigt und einem Summierelement zugeführt. Das resultierende Signal S„, das die Summe der Zwischensignale I_n, ... I„ darstellt, wird zur Antenne zurückgeführt und zur Antenne 106 in dem System gemäß Fig. 6 ausgesendet.

Das Transponderantwortsxgnal S_ wird von der Antenne 106 empfangen und gelangt über den Zirkulator oder TR-Schalter 104 zu einem Empfangsverstärker 108. Das Ausgangssignal S. dieses Verstärker wird in dem Mischer 100 mit

dem Signal S₃, das intermittierend von dem Schalter 96 dargeboten wird, überlagert.

Die Ausgangsgröße S_g des Mischers 100 enthält die Summen und die Differenzfrequenzen der Signale S~ und S-. Diese Ausgangsgröße wird einem Bandpaßfilter 110 zugeführt, der einen Durchlaßbereich von 1 bis 3 KHz aufweist. Die Ausgangsgröße dieses Filters wird über ein Anti-Umfalte-Filter 112 an eine Abtast- und Halteschaltung 114 angelegt.

Die Abtast- und Halteschaltung liefert jeden Abtastwert an einen Analog-Digital-Wandler 116. Der Analog-Digital-Wandler wiederum bietet den digitalen Wert dieser Abtastung einem Prozessor 118 dar, der die in dem Signal enthaltenen Frequenzen mit Hilfe einer Fourier-Transformation analysiert. Die Abtast- und Halteschaltung 114 und der Analog-Digital-Wandler 116 werden mit Hilfe eines Abtastsignals stroboskopisch abgetastet, das von der erfindungsgemäßen Vorrichtung 119 erzeugt wird. Wie oben erläutert, dient dieses Abtastsignal zur Kompensation von zeitbezogenen Nichtlinearitäten der monoton ansteigenden Frequenz f des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators.

Die Vorrichtung 119 empfängt das von dem spannungsgesteuerten Oszillator 92 erzeugte Signal über einen Trennverstärker 121. Das Signal wird über ein Verzögerungselement 120 geleitet, das eine konstante Signalverzögerung .25..· T aufweist. Sowohl das verzögerte wie auch das unverzögerte Signal wird einem Mischer 122 zugeführt, der ein Signal S₇ erzeugt, das sowohl Summen- als Differenzfrequenzen enthält. Das Signal S₇ wird einem Tiefpaßfilter 124 zugeführt, das lediglich den Teil dieses Signals durchläßt, der die Differenzfrequenzen enthält. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters wird einem Nulldurchgangs-

detektor 126 zugeführt, der einen Impuls bei jedem ins Positive oder Negative gehenden Nulldurchgang erzeugt. Diese Impulse werden benutzt, um die Abtast- und Halteschaltung 114 und den Analog-Digital-Wandler 116 stroboskopisch abzutasten.

Die Fig. 10 bis 12 verdeutlichen die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 6. Fig, 10 zeigt die 100 KHz Ausgangsgröße des Taktgenerators 102; Fig. 11 zeigt den Frequenzhub des Signals, das von·dem spannungsgesteuerten Oszillator 92 erzeugt wird. Fig. 12 zeigt in durchgezogenen Linien 128 die Frequenz des ausgesendeten Signals S-, und in gestrichelten Linien 130 die Frequenz des Signals S_, wie es vom Transponder empfangen wird. Wie ersichtlich, wird das Signal 130 während der Intervalle empfangen, die zwischen den Sendeintervallen des Signals 128 liegen.

Diese Intervalle werden so gewählt, daß sie etwa der Rundreise-Laufzeit entsprechen. Diese Laufzeit erstreckt sich von der Aussendung eines Signals zum Transponder bis zum Empfang der Transponderantwort. Wie anhand der mehreren gestrichelten Linien verdeutlicht, enthält die Transponderantwort eine Anzahl von Frequenzen zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt als Folge der kombinierten (d.h. summierten) Zwischensignale, die unterschiedliche Laufzeiten (Tq, Tq + ΔΤ, T₀ + 2δΤ, T_Q + ΝδΤ) aufweisen.

Die Fig. 8 und 9 verdeutlichen ein Ausführungsbeispiel eines Transponders, der entsprechend dem Blockdiagramm gemäß Fig. 7 ausgeführt ist. Dieser Transponder wandelt das empfangene Signal S, in eine Schallwelle um und führt dann eine Rückumsetzung der akustischen Energie in ein

elektrisches Signal S₂ durch, das über eine Dipolantenne 56 übertragen wird. Im einzelnen weist das Signalumwandlungselement des Transponders ein Substrat 58 aus piezo-

elektrischem Material, wie z.B. aus einem Lithiumniobat (LiNbO₃)-Kristall auf. Auf der Oberfläche dieses Substrats ist eine Metallschicht, z.B. aus Aluminium, niedergeschlagen, die ein Muster ausbildet, wie es beispielsweise in Fig. 9 verdeutlicht ist. Beispielsweise kann dieses Muster aus zwei Sammelschienen 60 und 62 bestehen, die mit der Dipolantenne 57, einem "Energieübertragungs"-Wandler 64 und einer Vielzahl von 'Abzweig"-Wandlern 66 in Verbindung stehen. Die Samme1schienen 60 und 62 bilden somit einen Ausbreitungsweg 68 für eine akustische Welle, die von dem Energieübertragungswandler erzeugt wird und sich im wesentlichen linear fortpflanzt und jeden der Abzweigwandler der Reihe nach erreicht. Die Abzweigwandler wandeln die akustische Welle wieder in eine elektrische Energie zurück, die von den Sammelschienen 60 und 62 gesammelt und demzufolge summiert wird. Diese elektrische Energie aktiviert dann die Dipolantenne 56 und wird in eine elektromagnetische Strahlung zur Aussendung als Signal S» umgewandelt.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, sind die Abzweigwandler 66 in gleichen, räumlich verteilten Abständen längs des Ausbreitungsweges 68 der Schallwelle vorgesehen. Dem Transponder wird ein zugehöriger Informationskode aufgeprägt, indem eine bestimmte Anzahl von "Verzögerungsgliedern" 70 zwischen die Abzweigwandler angeordnet wird. Diese Verzögerungsglieder, die in Fig. 9 detailliert dargestellt sind, bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material

.- - wie die Sammelschienen 60 und 62 und die Wandler 64, .66 und werden zusammen mit diesen abgeschieden. Jedes Verzögerungsglied hat eine Breite, die ausreicht, um die Ausbreitung der akustischen Welle von einem Abzweigwandler 66 zum nächsten um ein Viertel Zyklus oder 90° in bezug auf eine unverzögerte Welle bei der Betriebsfrequenz (ca. 915 MHz) zu verzögern. Indem man Orte für drei Verzögerungs-

glieder zwischen sukzessiven Abzweigwandlern vorsieht,

• ■■ ο 0 0

ozweicf-

kann die Phase φ der Schallwelle, die von einem

•wandler 66B empfangen wird, gesteuert werden, anhand von vier

T?Yvasenmög"L icnXeiten' voi^esefeen-

1. kein Verzögerungsglied ist zwischen den Abzweigwandlern 66A und 66B vorgesehen = -90°;

2. ein Verzögerungsglied ist zwischen den Abzweigwandlern 66A, und 66B vorgesehen = 0°;

3. zwei Verzögerungsglieder sind zwischen den Abzweigwandlern 66A und 66B vorgesehen = 90°; und

4. drei Verzögerungsglieder sind zwischen den Abzweigwandlern 66A und 66B vorgesehen = 180°.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich,werden die Phaseninformationen Φ_ο (die Phase des Signals, das von dem ersten Abzweigwandler in der Reihe aufgenommen wird) und Φ-,, Φ~, ...

Φ (die Phasen der Signale, die von den nachfolgenden Abzweigwandlern aufgenommen werden) dem Kombinierer (Summierer) zugeführt, der in dem Ausführungsbeispiel 8 die Sammelschienen 60 und 62 aufweist. Diese Phaseninformation, die als Signal S„ mit Hilfe der Antenne 56 ausgesendet wird, enthält den Informationskode des Transponders.

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Claims

ν. FÜNER EBBINGHAUS FINCK PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÜNCHEN 95 X-CYTE, INC. DEAB-32282 17. Oktober 1984 VORRICHTUNG ZUM KOMPENSIEREN VON NICHTLINEARITATEN IN EINEM FREQUENZMODULIERTEN SIGNAL Patentansprüche :

1. Vorrichtung zum Kompensieren von Nichtlinearitäten in frequenzmodulierten Signalen, die bei einem System Anwendung findet, das eine Signalquelle zum Erzeugen eines ersten Signals mit einer zeitabhängigen Frequenz f(t), die eine sich monoton ändernde Zeitableitung (df/ dt) aufweist, sowie eine auf das erste Signal ansprechende Signalverwertungseinrichtung umfaßt, die einen zweckentsprechenden Vorgang in Abhängigkeit von der Frequenz f(t) des ersten Signals ausführt, g e k e η η zeichnet, durch

(a) eine Verzögerungseinrichtung (18), die als Eingangssignal das erste Signal (S,) empfängt, und ein zweites Signal (S„) mit einer bestimmten Signalverzögerung (T,) erzeugt, das eine verzögerte Version des

Eingangssignals darstellt;

(b) eine Signalmischeinrichtung (16) zum Zusammenmischen des ersten Signals (S,) und des zweiten Signals (S-) zur Erzeugung eines dritten Signals (S₃) und

(c) eine Einrichtung (22), die auf das dritte Signal (S₃ bzw. S.) zur Erzeugung eines Abtastsignals (S₅) mit einer Frequenz (fj anspricht, die von der Frequenz des dritten Signals (S_ bzw. S.) abhängig ist, wobei die Abtastzeiten des Abtastsignals (S₁.) die Zeitpunkte definieren, bei denen das erste Signal (S-, ) sich hinsichtlich der Frequenz um einen bestimmten Betrag Af (Af=1/T, oder ein ganzer Bruch-

··,-, · ,-,· ·-,,-, -, geändert ,hat teil oder ein ganzzahliges Vielfaches davon; unct wobei die SignalVerwertungseinrichtung (10) auf das Abtastsignal (S₁-) anspricht, um den gewünschten Vorgang auszuführen, falls sich die Frequenz f(t) um den vorbestimmten Betrag Äf geändert hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungseinrichtung (18) eine konstante Signalverzögerung (T,) vorsieht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungseinrichtung (18) eine Signalverzögerung (T,) vorsieht, die ein Funktion der Frequenz f(t) des ersten Signals (S,) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mischeinrichtung (16) eine Uberlagerungseinrichtung, die das erste und zweite Signal (S₁, S₉) empfängt und ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenzen gleich der Summe und der Differenz der Frequenzen des ersten und zweiten

Signals entsprechen, und ein Frequenzfilter (20) aufweist, das das Ausgangssignal der Überlagerungseinrichtung empfängt und lediglich den Teil des Ausgangssignales passieren läßt, der die Differenzfrequenz enthält und dadurch das dritte Signal (S₄) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter (20) ein Tiefpaßfilter ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalerzeugungseinrichtung einen Frequenzvervielfacher aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzvervielfacher einen Frequenzdoppier einschließt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenzvervielfacher eine Vielzahl von in Reihe geschaltene Frequenzdoppier aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalerzeugungseinrichtung einen Frequenzteiler aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalerzeugungseinrichtung eine Nulldurchgangsdetektoreinrichtung (126) zum Erzeugen eines digitalen Abtastsignals aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverwertungseinrichtung (10) eine Laserstrahl-Abtasteinrichtung darstellt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahl-Abtasteinrichtung

einen Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls,· einen Laserstrahlmodulator (48), der im Wege des Laserstrahls (40) angeordnet ist und die Intensität des Strahles in Erwiderung auf mindestens ein Eingangssignal hin steuert und
einen Strahldeflektor (44) aufweist, der im Wege des Laserstrahles angeordnet ist und das erste Signal empfängt und den Strahl proportional zu der Frequenz f(t) des ersten Signals ablenkt, wobei das Abtastsignal dem Laserstrahlmodulator (48) als Eingangssignal zugeführt wird, um die Strahlmodulationszeiten in Abhängigkeit von der Frequenz zu bestimmen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Strahlmodulator (40) ein Q-Schalter ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Strahldeflektor (44) ein akusto-optischer Modulator ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverwertungseinrichtung (10) ein System zur Abfrage eines passiven Transponders ist, der kodierte Informationen trägt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das System zum Abfragen eines passiven Transponders

(1) eine Einrichtung (106) zum Übertragen eines vierten Signals mit einer zweiten Frequenz, die zur

ersten Frequenz f(t) in Beziehung steht, wobei die zweite Frequenz nacheinander eine Vielzahl von Frequenzwerten innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches annimmt,

(2) eine entfernt angeordnete, passive Transpondereinrichtung zum Empfangen des vierten Signals und zur Übertragung eines fünften Signals in Erwiderung auf das vierte Signal, wobei die Transpondereinrichtung eine Signalumwandlungseinrichtung aufweist, die das vierte Signal als Eingangsgröße empfängt und das fünfte Signal als Ausgangsgröße erzeugt, wobei die Signalumwandlungseinrichtung einsschließt:

(a) eine Vielzahl von Signalformungseinrichtungen (109), die das vierte Signal empfangen, wobei jede Signalformungseinrichtung (109) ein Zwischensignal (Iq, ... I) mit einer bekannten Verzögerung und einer bekannten Amplitudenmodifikation bezüglich des vierten Signals vorsieht und

(b) eine Signalkombinierungseinrichtung (Σ), die mit allen Signalformungseinrichtungen verbunden ist und die Zwischensignale (I_Q, ... I) kombiniert und ein fünftes Signal erzeugt, wobei die Signalformungseinrichtung (109) und die Signalkombinierungseinrichtung (Σ) einen bestimmten Informationskode in das fünfte Signal einprägt, der der Transpondereinrichtung zugeordnet ist,

(3) eine Einrichtung (106) zum Empfang des fünften Signals seitens der Transpondereinrichtung,

(4) eine Einrichtung (100), die das vierte Signal und das fünfte Signal empfängt und diese beiden Signale zusammenmischt und dadurch ein sechstes Signal erzeugt und

— 6 ~ · ■ -

(5) eine Signalverarbeitungsexnrxchtung (118) aufweist, die auf das sechste Signal anspricht und wenigstens einige der Frequenzen bestimmt, die in dem sechsten Signal enthalten sind, wodurch der der Transpondereinrichtung zugeordnete Informationskode bestimmt wird.