DE4031447C2 - Phase discriminator with spatial sampling - Google Patents
Phase discriminator with spatial samplingInfo
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- DE4031447C2 DE4031447C2 DE19904031447 DE4031447A DE4031447C2 DE 4031447 C2 DE4031447 C2 DE 4031447C2 DE 19904031447 DE19904031447 DE 19904031447 DE 4031447 A DE4031447 A DE 4031447A DE 4031447 C2 DE4031447 C2 DE 4031447C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Pha senverschiebung zwischen zwei Signalen gleicher Frequenz, insbesondere im Höchstfrequenzbereich. Sie betrifft beson ders einen Phasendiskriminator, der ausgehend von einer räum lichen Abtastung einer Hüllkurve der stehenden Wellen arbei tet, welche die Signale erzeugen, deren Phasenverschiebung in einer Übertragungsleitung gemessen werden soll, wobei diese Übertragungsleitung von den Signalen in entgegenge setzten Richtungen durchlaufen wird. The invention relates to a device for measuring the Pha shift between two signals of the same frequency, especially in the high frequency range. It particularly affects ders a phase discriminator, based on a spatial scanning an envelope of the standing waves tet, which generate the signals, their phase shift to be measured in a transmission line, whereby this transmission line from the signals in opposite set directions.
Derartige Phasendiskriminatoren besitzen den Vorteil, daß sie weder einen Koppler noch einen 90°-Phasenschieber benötigen, welche für einen breitbandigen Betrieb schwierig zu realisieren sind.Such phase discriminators have the advantage that they need neither a coupler nor a 90 ° phase shifter, which are difficult to implement for broadband operation are.
Ein solcher Phasendiskriminator ist in der Patentschrift US 3,768,007 beschrieben. Dieser Phasendiskriminator besitzt eine Übertragungsleitung, die von zwei Signalen, deren Phasenverschiebung gemessen werden soll, in entgegengesetzter Richtung durchlaufen wird. Die Leitung wird dabei an genau vorherbestimmten Punkten A, B, C, D, und E, die an den Stellen 0 (erstes Ende der Leitung), λ/8, 3λ/16, λ/4 bzw. 3λ/8 (zweites Ende der Leitung) der Leitung liegen, von quadratischen Detektoren angezapft, wobei λ die fest vorgegebene Wellenlänge der Signale ist, deren Phasenverschiebung gemessen werden soll. Darüber hinaus sind Subtrahierschaltungen D-B, D-E, A-B, A-E, A-C, B-E, A-D und E-C vorgesehen, die jeweils die Differenz zwischen Ausgangssignalen bilden, die von zwei verschiedenen der quadratischen Detektoren stammen. Ferner sind Vorzeichendetektoren vorgesehen, die die Vorzeichen der von den Subtrahierschaltungen gelieferten Signale ermitteln. Bei einem derartigen Aufbau eines Phasendiskriminators muß die Wellenlänge der Signale, deren Phasenverschiebung gemessen werden soll, genau bekannt sein. Daher eignet sich dieser Phasendiskriminator nicht für den Breitbandbetrieb.Such a phase discriminator is in the patent US 3,768,007. This phase discriminator owns a transmission line made up of two signals whose Phase shift should be measured in opposite directions Direction is traversed. The line will be on predetermined points A, B, C, D, and E that are in the places 0 (first end of the line), λ / 8, 3λ / 16, λ / 4 or 3λ / 8 (second End of the line) of the line, from quadratic Tapped detectors, where λ is the predetermined wavelength is the signals whose phase shift is to be measured. In addition, subtraction circuits D-B, D-E, A-B, A-E, A-C, B-E, A-D and E-C each provided the difference form between output signals that are of two different of the square detectors. Furthermore are Sign detectors are provided that match the sign of the Determine subtracting signals supplied. At a Such a construction of a phase discriminator Wavelength of the signals whose phase shift is measured should be known exactly. Therefore, this is suitable Phase discriminator not for broadband operation.
Es ist bei derartigen Phasendiskriminatoren auch bekannt, die Messung der Phasenverschiebung durchzuführen, indem der Abstand gemessen wird, der die Mitte der Übertragungsleitung von dem nächstliegenden Maximum der stehenden Wellen trennt, wobei das Verhältnis dieses Abstandes zu dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima der stehenden Wellen gebildet wird. Diese Messung ist wenig genau, denn es ist schwierig, die Lage der Maxima der stehenden Wellen, die mit einer begrenzten Anzahl von Punk ten abgetastet werden, genau zu bestimmen.It is also known in such phase discriminators that Measure the phase shift by the distance is measured, which is the center of the transmission line from that separates the nearest maximum of the standing waves, whereby the Ratio of this Distance to the distance between two consecutive Maxima of the standing waves is formed. This measurement is little exact, because it is difficult to find the location of the maxima standing waves with a limited number of punk can be scanned to determine exactly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genaue Mes sung der Phasendifferenz zwischen zwei Signalen gleicher Frequenz auf einfache Weise in einem sehr weiten Frequenzbe reich zu ermöglichen.The invention has for its object an accurate measurement solution of the phase difference between two signals of the same Frequency easily in a very wide frequency range enable rich.
Gegenstand der Erfindung ist ein Phasendiskriminator, der
mit räumlicher Abtastung arbeitet und versehen ist mit:
The invention relates to a phase discriminator that works with spatial scanning and is provided with:
- - einer Übertragungsleitung, die von zwei Signalen gleicher Frequenz, deren Phasenverschiebung gemessen werden soll, in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen wird, wobei diese Signale in der Übertragungsleitung stehende Wellen erzeugen;- A transmission line, the same from two signals Frequency whose phase shift is to be measured is traversed in opposite directions, whereby these signals standing waves in the transmission line produce;
- - Detektoren, die entlang der Übertragungsleitung angeordnet sind und die Amplitude der Hüllkurve der stehenden Wellen abtasten, die im Inneren der Übertragungsleitung entste hen; und- Detectors arranged along the transmission line and the amplitude of the envelope of the standing waves scan that arises inside the transmission line hen; and
-
- einem Phasendiskriminator zur räumlichen Phasendiskrimi
nierung, der an die Ausgänge der Detektoren angeschlossen
ist und wenigstens versehen ist mit:
- a) einer ersten Recheneinrichtung, welche eine gewichtete Summe der Ausgangssignale der Detektoren bildet, die proportional zum Sinus des zu messenden Phasenverschie bungswinkels ist;
- b) eine zweite Recheneinrichtung, die eine gewichtete Sum me der Ausgangssignale der Detektoren bildet, die pro portional zum Cosinus des zu messenden Phasenverschie bungswinkels ist; und
- c) eine Teilerschaltung, die das Verhältnis der Ausgangs signale der ersten und der zweiten Recheneinrichtung bildet.
- a) a first computing device, which forms a weighted sum of the output signals of the detectors, which is proportional to the sine of the phase shift angle to be measured;
- b) a second computing device which forms a weighted sum of the output signals of the detectors, which is proportional to the cosine of the phase shift angle to be measured; and
- c) a divider circuit which forms the ratio of the output signals of the first and the second computing device.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt der Phasen diskriminator für räumliche Abtastung ferner eine auf der Ausgangsseite der Detektoren eingefügte Schaltung zur Unter drückung der Mittelwertkomponente.In an advantageous embodiment, the phase comprises spatial sampling discriminator also one on the Output side of the detectors inserted circuit to the sub pressure of the mean component.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird, näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigen die Fig. 1 und 2 Blockschaltbilder von Phasendiskriminatoren mit räum licher Abtastung gemäß der Erfindung.The invention is explained in more detail with reference to the following description and the drawing, to which reference is made. In this drawing, FIGS . 1 and 2 show block diagrams of phase discriminators with spatial sampling according to the invention.
In Fig. 1 erkennt man eine Übertragungsleitung 1, die an
einem Ende 2 ein Mikrowellensignal der Form Eo exp (j ω t)
und am anderen Ende 3 ein Mikrowellensignal der Form Eo exp
j (ωt + ϕ) empfängt. Wenn das Ende 2 als Ursprung angenommen
wird, so ist das Signal E(x) an einem beliebigen Punkt der
Leitung im Abstand x vom Ende 2 die Summe einer Komponente
aufgrund des Signals Eo exp (j ω t), ausgedrückt durch:
In FIG. 1 can be seen a transmission line 1, which receives a microwave signal of the form Eo exp (j ω t) and at the other end 3, a microwave signal of the form exp Eo j (.omega.t + φ) at one end 2. If the end 2 is taken as the origin, the signal E (x) at any point on the line at a distance x from the end 2 is the sum of a component based on the signal Eo exp (j ω t), expressed by:
worin v die Geschwindigkeit der Wellen in der Übertragungs
leitung ist, und einer Komponente aufgrund des Signals
Eo exp j (ωt + ϕ), ausgedrückt durch:
where v is the speed of the waves in the transmission line and a component based on the signal Eo exp j (ωt + ϕ), expressed by:
Darin ist L die Länge der Übertragungsleitung, so daß die
Spannung E(x) an einem Punkt der Übertragungsleitung ausge
drückt wird durch
Here L is the length of the transmission line, so that the voltage E (x) at a point on the transmission line is expressed by
oder auch:
or:
N Sonden sind gleichmäßig entlang der Übertragungsleitung
von ihren Enden ausgehend mit dem jeweiligen Teilungsschritt
Δx angeordnet. Sie bewirken eine quadratische Detektion der
stehenden Wellen, die in der Übertragungsleitung entstehen,
und detektieren eine Hüllkurve v(x), die folgenden Wert hat:
N probes are evenly arranged along the transmission line from their ends with the respective division step Δx. They perform a quadratic detection of the standing waves that arise in the transmission line and detect an envelope curve v (x), which has the following value:
oder auch:
or:
Diese N Sonden bestehen jeweils aus einem Quadratdetektor L,
der an die Übertragungsleitung 1 über einen Kondensator 5
angekoppelt ist, gefolgt von einem Tiefpaßfilter 6. Sie ge
ben eine Abtastprobe v(k) der Hüllkurve v(x) ab, die wie
folgt angegeben wird:
These N probes each consist of a square detector L, which is coupled to the transmission line 1 via a capacitor 5 , followed by a low-pass filter 6 . You give a sample v (k) of the envelope v (x), which is given as follows:
wenn angenommen wird, daß die Abtastproben von 0 bis N - 1
numeriert sind, ausgehend vom Ende 2, das für den Abstand x
als Ursprung angenommen wird, so daß folgende Beziehungen
erfüllt sind:
if it is assumed that the samples are numbered from 0 to N-1, starting from the end 2 , which is taken as the origin for the distance x, so that the following relationships are satisfied:
x = k Δx und L = (N - 1) Δxx = k Δx and L = (N - 1) Δx
Wenn man berücksichtigt, daß der einheitliche Abstand Δx der
Sonden entlang der Übertragungsleitung 1, um dem Abtasttheo
rem zu genügen, dem halben Wert der minimalen Wellenlänge
der detektierten quadratischen Hüllkurve ist, also einem
Viertel der Wellenlänge, die der maximalen Frequenz der Ein
gangssignale entspricht
If one takes into account that the uniform distance Δx of the probes along the transmission line 1 , in order to satisfy the scanning theory, is half the value of the minimum wavelength of the detected square envelope, that is to say a quarter of the wavelength which corresponds to the maximum frequency of the input signals
so kann die Abtastung der Hüllkurve v(k) in folgender nor
mierter Form angegeben werden:
the sampling of the envelope v (k) can be specified in the following standardized form:
Der Phasenwert kann durch eine lineare Verarbeitung der Ab
tastspannungen v(k) extrahiert werden, unabhängig von der
unbekannten Frequenz f der Signale, die an die Enden der
Übertragungsleitung angelegt werden, vorausgesetzt, daß die
se Frequenz innerhalb des Betriebsbandes liegt. Der Folge
von Abtastspannungen v(k) kann nämlich ein diskretes Fre
quenzspektrum über eine diskrete Fouriertransformation zuge
ordnet werden:
The phase value can be extracted by linear processing of the sampling voltages v (k) regardless of the unknown frequency f of the signals applied to the ends of the transmission line, provided that this frequency is within the operating band. The sequence of sampling voltages v (k) can be assigned a discrete frequency spectrum using a discrete Fourier transformation:
Darin ist W(k) eine räumliche Wichtung, welche das recht
winklige Analysefenster berücksichtigt, dessen Abmessung
endlich ist, da die Länge der Übertragungsleitung begrenzt
ist. Dieses diskrete Spektrum kann auch in folgender appro
ximierter Form angegeben werden, wenn Störeffekte vernach
lässigt werden, die auf der Abtastung beruhen, sowie Stör
effekte aufgrund von Rauschen, die um so stärker ins Gewicht
fallen, desto kleiner die Amplitude der Komponenten ist:
Here W (k) is a spatial weighting that takes into account the right-angled analysis window, the dimension of which is finite because the length of the transmission line is limited. This discrete spectrum can also be specified in the following approved form if neglecting effects due to the scanning are neglected, as well as disturbing effects due to noise, which are of greater importance, the smaller the amplitude of the components:
S(n) = C G(n - no) exp (j ϕ) ∀ n ∈ (1,..,N)S (n) = CG (n - n o ) exp (j ϕ) ∀ n ∈ (1, .., N)
Darin ist C eine Konstante, welche die Leistung der Signale
repräsentiert, und G eine reelle Funktion, welche die Fou
riertransformierte des Analysefensters ist, unter Berück
sichtigung der verwendeten räumlichen Wichtungsfunktion W(k).
Für den Fall daß:
Herein C is a constant, which represents the power of the signals, and G is a real function, which is the Fourier transform of the analysis window, taking into account the spatial weighting function W (k) used. In case that:
W(k) = 1 ∀ k (0,..,N - 1)
W (k) = 1 ∀ k (0, .., N - 1)
gilt:
applies:
G(n - no) = sinc [π(n - no)]
G (n - n o ) = sinc [π (n - n o )]
worin no von der Frequenz der Signale abhängt, die an den Enden der Übertragungsleitung eingespeist werden.where n o depends on the frequency of the signals which are fed in at the ends of the transmission line.
Man kann die Beziehung dann folgendermaßen schreiben:
The relationship can then be written as follows:
wodurch gezeigt werden kann, daß der Phasenverschiebungswert ϕ
aus dem Wert des Arguments der komplexen Zahl S gewonnen
werden kann, die durch die Summe der komplexen Punkte S(n)
der diskreten Fouriertransformierten gebildet wird. Es sei X
der Realteil und Y der Imaginärteil dieser komplexen Zahl S.
Es ergibt sich:
whereby it can be shown that the phase shift value ϕ can be obtained from the value of the argument of the complex number S, which is formed by the sum of the complex points S (n) of the discrete Fourier transforms. Let X be the real part and Y the imaginary part of this complex number S. The result is:
Arctg Y/X = ϕ
Arctg Y / X = ϕ
oder auch:
or:
Y = a sin ϕ
Y = a sin ϕ
X = a cos ϕ
X = a cos ϕ
Darin ist a eine Konstante.In this a is a constant.
Aus den Beziehungen 2 und 3 folgt:
From relationships 2 and 3 it follows:
Darin ist U(n) eine Frequenzwichtung, durch die es ermöglicht wird, die Frequenzantwort zu optimieren, um beispielsweise Verluste der Übertragungsleitung zu berücksichtigen.Here U (n) is a frequency weighting that makes it possible will optimize the frequency response, for example Transmission line losses must be taken into account.
Die Terme X und Y können als gewichtete Summen der Spannun
gen v(k) angegeben werden. Man kann nämlich schreiben:
The terms X and Y can be given as weighted sums of the voltages v (k). You can write:
mit den Wichtungskoeffizienten x(k) und y(k), die folgende
Werte haben:
with the weighting coefficients x (k) and y (k), which have the following values:
Der Realteil X, der proportional zum Cosinus des Phasenver schiebungswinkels ϕ ist, wird dann, wie in Fig. 1 gezeigt, als gewichtete Summe Σc der Ausgangsspannungen der Detektor sonden mittels eines Summierers 7 erzeugt, der eingangssei tig an die verschiedenen Ausgänge der Detektoren über Wich tungswiderstände 8 angeschlossen ist. Der Imaginärteil, wel cher proportional zum Sinus des Phasenverschiebungswinkels ϕ ist, wird gleichfalls als gewichtete Summe Σs der Ausgangs spannungen der Detektorsonden gebildet, mittels eines Sum mierers 9, der eingangsseitig an die verschiedenen Ausgänge der Detektoren über Wichtungswiderstände 10 angeschlossen ist. Eine Teilerschaltung 11, welche an die Ausgänge der Summierer 7 und 9 angeschlossen ist, bildet die Division des Imaginärteils Y durch den reellen Teil X. Der gewonnene Quo tient wird an eine Schaltung 12 zur Bestimmung des Arcustan gens angeschlossen, die den Phasenverschiebungswert ϕ abgibt und beispielsweise durch zwei Analog/Digital-Umsetzer gebil det ist, welche einen Festwertspeicher adressieren, der eine Tabelle zur Definition der Funktion des Arcustangens enthält.The real part X, which is proportional to the cosine of the phase displacement angle ϕ, is then, as shown in Fig. 1, generated as a weighted sum Σc of the output voltages of the detector probes by means of a summer 7 , the input side to the various outputs of the detectors via Wich tion resistors 8 is connected. The imaginary part, which is proportional to the sine of the phase shift angle ϕ, is also formed as a weighted sum Σs of the output voltages of the detector probes, by means of a sum mierers 9 , which is connected on the input side to the various outputs of the detectors via weighting resistors 10 . A divider circuit 11 , which is connected to the outputs of the summers 7 and 9 , forms the division of the imaginary part Y by the real part X. The quotient obtained is connected to a circuit 12 for determining the Arcustan gene, which outputs the phase shift value ϕ and is, for example, formed by two analog / digital converters which address a read-only memory which contains a table for defining the function of the arctangent.
Die Funktion des mit räumlicher Abtastung arbeitenden Pha sendiskriminators, der zuvor beschrieben wurde, kann weiter verbessert werden, indem die Mittelwertkomponente der Span nungen v(k) unterdrückt wird, welche die Sonden als Abtast proben abgeben, um aus dem diskreten Frequenzspektrum die jenigen Komponenten zu entfernen, die der Frequenz Null na hekommen und für die Messung der Phasenverschiebung ϕ ohne Bedeutung sind. In praktischer Hinsicht geschieht dies da durch, daß an den Ausgängen der Sonden eine Schaltung zur Unterdrückung der Mittelwertkomponente eingefügt wird, die aus einem Summierer besteht, welcher die Mittelwertkomponen te der Detektorspannungen durch eine gewichtete Summierung dieser Spannungen berechnet, sowie aus N Subtrahierern, wel che die Ausgangsspannungen dieser N Sonden von der Mittel wertkomponente subtrahieren, die der Summierer abgibt.The function of the Pha working with spatial scanning send discriminator that was previously described may continue be improved by the mean component of the span is suppressed v (k), which the probes as sampling submit samples in order to extract from the discrete frequency spectrum to remove those components that have the frequency na come and for measuring the phase shift ϕ without Meaning. In practical terms, this is where it happens by that at the outputs of the probes a circuit for Suppression of the mean component is inserted, the consists of a summer, which is the mean component te of the detector voltages by a weighted summation of these voltages, as well as from N subtractors, wel the output voltages of these N probes from the mean Subtract the value component that the totalizer delivers.
Bei einer Anzahl von Detektorsonden gleich 20, einer räumli
chen Wichtung vom Typ Tchebeychef und einer Frequenzwichtung,
die gleichförmig gleich 1 ist, können die Koeffizienten x(k)
und y(k), die bei der Summenbildung der Ausgangssignale v(k)
der Detektorsonden verwendet werden, um den Realteil X und
den Imaginärteil Y zu ergeben, folgende Werte haben:
With a number of detector probes equal to 20, a spatial weighting of the Tchebeychef type and a frequency weighting which is uniformly equal to 1, the coefficients x (k) and y (k) can be used to sum the output signals v (k) of the detector probes used to give the real part X and the imaginary part Y have the following values:
x (0) = y (0) = -0,1157
x (1) = -y (1) = 0,0876
x (2) = y (2) = -0,237
x (3) = -y (3) = 0,087
x (4) = y (4) = -0,533
x (5) = - y (5) = -0,059
x (6) = y (6) = -1,062
x (7) = -y (7) = -0,636
x (8) = y (8) = -2,494
x (9) = -y (9) = 5,853
x (k) = +x (N - 1 - k)
y (k) = -y (N - 1 - k)x (0) = y (0) = -0.1157
x (1) = -y (1) = 0.0876
x (2) = y (2) = -0.237
x (3) = -y (3) = 0.087
x (4) = y (4) = -0.533
x (5) = - y (5) = -0.059
x (6) = y (6) = -1.062
x (7) = -y (7) = -0.636
x (8) = y (8) = -2.494
x (9) = -y (9) = 5.853
x (k) = + x (N - 1 - k)
y (k) = -y (N - 1 - k)
Zur Reduzierung des Einflusses von Rauschen, das bei den
Komponenten der diskreten Fouriertransformierten von kleiner
Amplitude stärker ins Gewicht fällt als bei solchen von grö
ßerer Amplitude, werden gemäß einer anderen Ausführungsform
diese Komponenten verzerrt, um die Komponenten größerer
Amplitude zu bevorzugen, bevor sie in gewichteter Form auf
summiert werden, um den Realteil X und den Imaginärteil Y zu
gewinnen, woraufhin die entgegengesetzte Verzerrung vorge
nommen wird, um in die anfängliche Größenordnung zurückzuge
langen. Dies läuft darauf hinaus, daß die Beziehungen (4)
und (5) auf folgende Weise verallgemeinert werden:
To reduce the influence of noise, which is more important for the components of the discrete Fourier transforms of small amplitude than for those of larger amplitude, according to another embodiment, these components are distorted in order to prefer the components of larger amplitude before they are weighted Form are summed to obtain the real part X and the imaginary part Y, whereupon the opposite distortion is made to return to the initial order. This boils down to generalizing relationships (4) and (5) in the following way:
Darin ist H(x) eine Funktion, die das Vorzeichen von x be
wahrt, von folgender Form:
Here H (x) is a function that preserves the sign of x, of the following form:
H(x) = Vorzeichen (x) . h(|x|)H (x) = sign (x). h (| x |)
Darin sind h(|x|) und seine Ableitung h'(|x|) positive wach sende Funktionen von x, mit h(o) = 0.In it, h (| x |) and its derivative h '(| x |) are positive awake send functions of x, with h (o) = 0.
Die Fig. 2 zeigt eine analoge Darstellung eines Phasendis
kriminators mit räumlicher Abtastung zur Bildung der Bezie
hungen (6) und (7) für den einfachen Fall, daß:
Fig. 2 shows an analog representation of a phase discriminator with spatial scanning to form the relationships ( 6 ) and ( 7 ) for the simple case that:
H(x) = Vorzeichen (x) . x2
H-1(x) = Vorzeichen (x) √|x|H (x) = sign (x). x 2
H -1 (x) = sign (x) √ | x |
Man erkennt in dieser Fig. 2 die Übertragungsleitung 1, die an einem Ende 2 ein Mikrowellensignal der Form Eo exp (j ω t) und am anderen Ende 3 ein Mikrowellensignal der Form Eo exp j(ωt + ϕ) empfängt, sowie die N Sonden, die gleichmäßig entlang dieser Übertragungsleitung 1 verteilt sind und je weils aus einem Quadratdetektor 4 bestehen, der an die Über tragungsleitung 1 über einen Kondensator 5 angekoppelt ist, gefolgt von einem Tiefpaßfilter 6.It can be seen in this FIG. 2, the transmission line 1, at one end 2, a microwave signal of the form Eo exp (j ω t), and receives a microwave signal of the form E o exp j (.omega.t + φ) at the other end 3, as well as the N probes , which are evenly distributed along this transmission line 1 and each consist of a square detector 4 , which is coupled to the transmission line 1 via a capacitor 5 , followed by a low-pass filter 6 .
Die Ausgänge der N Sonden sind an N Leiter einer Busleitung
20 angeschlossen, die ihrerseits über Wichtungswiderstände
30, 40 mit den Enden einer ersten Summierstufe verbunden
sind, die aus zwei Reihen von Summierern 50, 60 gebildet
ist, von denen die eine Reihe 50 die imaginären Komponenten
der Punkte der diskreten Fouriertransformierten abgibt:
The outputs of the N probes are connected to N conductors of a bus line 20 , which in turn are connected via weighting resistors 30 , 40 to the ends of a first summing stage which is formed from two rows of summers 50 , 60 , one row 50 of which the imaginary Components of the points of the discrete Fourier transform gives:
während die andere Reihe 60 die reellen Komponenten der Punk
te der diskreten Fouriertransformierten abgibt:
while the other row 60 gives the real components of the points of the discrete Fourier transform:
Verzerrungsschaltungen, welche die großen Amplituden hervor
heben und die kleinen schwächen, gemäß der Funktion
Distortion circuits that emphasize the large amplitudes and weaken the small ones according to the function
H(x) = x . |x| = Vorzeichen (x) . x2
H (x) = x. | x | = Sign (x). x 2
sind einzeln an die Ausgänge jedes Summierers der zwei Rei hen 50 und 60 der ersten Summierstufe angeschlossen. Sie be stehen jeweils aus einem Multiplizierer 51, 52, 61, 62 mit zwei Eingängen, der an den Ausgang der betrachteten Summier schaltung 50, 60 angeschlossen ist, wobei der eine Eingang direkt und der andere über eine Schaltung 53, 54, 63 bzw. 64 angeschlossen ist, die den Absolutwert bildet.are individually connected to the outputs of each summer of the two rows 50 and 60 of the first summing stage. They each consist of a multiplier 51 , 52 , 61 , 62 with two inputs, which is connected to the output of the summing circuit 50 , 60 in question, one input directly and the other via a circuit 53 , 54 , 63 or 64 is connected, which forms the absolute value.
Eine zweite Summierstufe aus zwei Summierern 55 und 65 ist
am Ausgang der Verzerrungsschaltungen angeordnet. Der Sum
mierer 55, der eingangsseitig an die Ausgänge der Multipli
zierer 51, 52 der Verzerrungsschaltungen angeschlossen ist,
welche auf die Signale einwirken, die die Summierer 50 der
ersten Stufe abgeben, gibt die Summe der verzerrten Imagi
närkomponenten der Punkte der diskreten Fouriertransformier
ten ab:
A second summing stage consisting of two summers 55 and 65 is arranged at the output of the distortion circuits. The sum miser 55 , which is connected on the input side to the outputs of the multipliers 51 , 52 of the distortion circuits, which act on the signals which the summers 50 of the first stage emit, gives the sum of the distorted imaginary components of the points of the discrete Fourier transformers :
Der Summierer 65, der eingangsseitig an die Ausgänge der
Multiplizierer 61, 62 der Verzerrungsschaltungen angeschlos
sen ist, die auf die Signale einwirken, welche die Summierer
60 der ersten Stufe abgeben, gibt die Summe der reellen ver
zerrten Komponenten der Punkte der diskreten Fouriertrans
formierten ab:
The adder 65 , which is connected on the input side to the outputs of the multipliers 61 , 62 of the distortion circuits, which act on the signals which the adder 60 outputs the first stage, outputs the sum of the real ver distorted components of the points of the discrete Fourier transform :
Die Ausgänge der Summierer 55 und 65 der zweiten Stufe von
Summierern sind mit den Eingängen von zwei Entzerrungsschal
tungen verbunden, die im Bereich der Summen die Verzerrungen
korrigieren, die in den Komponenten erzeugt wurden, um zu
bewirken, daß die gewonnenen Summen global proportional zum
Sinus und zum Cosinus des Phasenverschiebungswinkels ϕ blei
ben, was vor der Verzerrung der Fall war, wenn man vom Rau
schen absieht. Die Entzerrungsschaltungen führen folgende
Funktion aus:
The outputs of summers 55 and 65 of the second stage of summers are connected to the inputs of two equalization circuits which, in the sum area, correct the distortions generated in the components to cause the sums obtained to be globally proportional to the sine and remain at the cosine of the phase shift angle ϕ, which was the case before the distortion if one refrains from noise. The equalization circuits perform the following function:
H-1(x) = Vorzeichen (x) . √|x|
H -1 (x) = sign (x). √ | x |
und enthalten jeweils einen Multiplizierer 56, 66 mit zwei Eingängen, die an den Ausgang des betrachteten Summierers 55, 65 angeschlossen sind, wobei der eine Eingang über eine Vorzeichengewinnungsschaltung 57, 67 und der andere über eine Schaltung 58, 68 zur Gewinnung der Quadratwurzel ange schlossen ist, der eine Schaltung 59, 69 zur Bildung des Ab solutwertes vorausgeht.and each contain a multiplier 56 , 66 with two inputs which are connected to the output of the summer 55 , 65 in question, one input being connected via a sign extraction circuit 57 , 67 and the other via a circuit 58 , 68 for extracting the square root is, which is preceded by a circuit 59 , 69 to form the absolute value.
An die Ausgänge der Multiplizierer 56, 66 der Entzerrungs schaltungen ist eine Teilerschaltung 70 angeschlossen, wel che die Division des vom Multiplizierer 56 abgegebenen Si gnals, das global dem Imaginärteil Y entspricht und propor tional zum Sinus des Phasenverschiebungswinkels ϕ ist, durch das vom Multiplizierer 65 abgegebene Signal, das global dem reellen Teil X entspricht und proportional zum Cosinus des Phasenverschiebungswinkels ϕ ist. Der gewonnene Quotient wird an eine Schaltung 71 zur Bestimmung des Arcustangens angelegt, die wie bereits zuvor aus zwei Analog/Digital-Um setzern bestehen kann, die einen Digitalspeicher adressie ren, der eine Tabelle enthält, welche die Arcustangens-Funk tion definiert, um den Wert des Phasenverschiebungswinkels ϕ auszugeben.A divider circuit 70 is connected to the outputs of the multipliers 56 , 66 of the equalization circuits, which divides the signal emitted by the multiplier 56 , which corresponds globally to the imaginary part Y and is proportional to the sine of the phase shift angle ϕ, by that of the multiplier 65 emitted signal that corresponds globally to the real part X and is proportional to the cosine of the phase shift angle ϕ. The quotient obtained is applied to a circuit 71 for determining the arctangent which, as before, can consist of two analog / digital converters which address a digital memory which contains a table which defines the arctangent function by which Output the value of the phase shift angle ϕ.
Bei einer anderen Ausführungsform wird eine andersartige
Verzerrung angewandt, welche die großen Amplituden der reel
len und imaginären Komponenten der Punkte der diskreten Fou
riertransformation gegenüber kleinen Amplituden bevorzugt,
beispielsweise eine Verzerrung von folgendem Typ:
In another embodiment, a different kind of distortion is used, which prefers the large amplitudes of the real and imaginary components of the points of the discrete Fourier transformation over small amplitudes, for example a distortion of the following type:
H(x)= ex - 1
H (x) = e x - 1
Die inverse Verzerrung ist:
The inverse distortion is:
H-1(x) = ln (x + 1) mit ln = log. NeperH -1 (x) = ln (x + 1) with ln = log. Neper
Diese nichtlinearen Verarbeitungen haben den Vorteil, daß sie systematische Fehler, die beispielsweise auf die Ab tastung zurückzuführen sind, deutlich reduzieren und die Empfindlichkeit durch eine Steigerung des Signal/Rausch-Ver hältnisses verbessern.This non-linear processing has the advantage that they systematic errors, for example, on the Ab are significantly reduced and the Sensitivity by increasing the signal / noise ratio improve ratio.
Claims (7)
- 1. einer Übertragungsleitung (1), die von zwei Signalen glei cher Frequenz, deren Phasenverschiebung gemessen wird, in entgegengesetztem Sinne durchlaufen wird,
- 2. Detektoren (4), die entlang der Übertragungsleitung (1) beabstandet sind und die Amplitude der Hüllkurve der stehen den Wellen abtasten, die im Inneren der Übertragungsleitung (1) erzeugt werden, gekennzeichnet durch
- 3. einen Phasendiskriminator, der eine räumliche Phasen diskriminierung durchführt und an die Ausgänge der Detek toren (4) angeschlossen ist sowie wenigstens umfaßt:
- 4. eine erste Recheneinrichtung (9, 10), welche eine gewich tete Summe der Ausgangssignale der Detektoren (4) bildet, die proportional zum Sinus des zu messenden Phasen verschiebungswinkels ist,
- 5. eine zweite Recheneinrichtung (7, 8), die eine gewichtete Summe der Ausgangssignale der Detektoren (4) bildet, welche proportional zum Kosinus des zu messenden Phasen verschiebungswinkels ist, und
- 6. eine Teilerschaltung (11), die das Verhältnis der Aus gangssignale der ersten und der zweiten Recheneinrichtung (9, 10, 7, 8) bildet.
- 1. a transmission line ( 1 ) which is traversed in the opposite sense by two signals of the same frequency, the phase shift of which is measured,
- 2. Detectors ( 4 ), which are spaced along the transmission line ( 1 ) and which sense the amplitude of the envelope of the standing waves, which are generated inside the transmission line ( 1 ), characterized by
- 3. a phase discriminator which carries out spatial phase discrimination and is connected to the outputs of the detectors ( 4 ) and at least comprises:
- 4. a first computing device ( 9 , 10 ) which forms a weighted sum of the output signals of the detectors ( 4 ), which is proportional to the sine of the phase shift angle to be measured,
- 5. a second computing device ( 7 , 8 ) which forms a weighted sum of the output signals of the detectors ( 4 ), which is proportional to the cosine of the phase shift angle to be measured, and
- 6. a divider circuit ( 11 ) which forms the ratio of the output signals from the first and the second computing device ( 9 , 10 , 7 , 8 ).
- 1. eine erste Stufe, die aus einer Gruppe von Summierern (50) gebildet ist, die gewichtete Summen der Ausgangssignale der Detektoren (4) bilden, die proportional zu den Imaginär teilen der komplexen Werte der diskreten Fouriertrans formierten sind, die ausgehend von den durch die Detektoren abgegebenen räumlichen Abtastproben der Amplitude der Hüll kurve gebildet wird; und
- 2. eine zweite Stufe, die aus einem Summierer (55) besteht, der die Summe der Ausgangssignale der Gruppe von Summierern (50) bildet, die Summen abgeben, welche proportional zu den Imaginärteilen der komplexen Werte dieser diskreten Fourier transformierten sind, umfaßt,
- 1. eine erste Stufe, die aus einer Gruppe von Summierern (60) besteht, welche gewichtete Summen der Ausgangssignale der Detektoren (4) bilden, die proportional zu den Realteilen der komplexen Werte dieser diskreten Fouriertransformierten sind; und
- 2. eine zweite Stufe, die aus einem Summierer (65) besteht, welcher die Summe der Ausgangssignale der Gruppe (60) von Summierern bildet, die Summen abgeben, welche proportional zu den Realteilen der komplexen Werte der diskreten Fourier transformierten sind, enthält.
- 1. a first stage, which is formed from a group of summers ( 50 ), the weighted sums of the output signals of the detectors ( 4 ), which are proportional to the imaginary parts of the complex values of the discrete Fourier transform, which are formed from those formed by the detectors given spatial samples of the amplitude of the envelope is formed; and
- 2. a second stage consisting of a summer ( 55 ) which forms the sum of the output signals of the group of summers ( 50 ) which emit sums which are transformed in proportion to the imaginary parts of the complex values of these discrete Fourier,
- 1. a first stage consisting of a group of summers ( 60 ) which form weighted sums of the output signals of the detectors ( 4 ) which are proportional to the real parts of the complex values of these discrete Fourier transforms; and
- 2. a second stage, which consists of a summer ( 65 ), which forms the sum of the output signals of the group ( 60 ) of summers, which emit sums which are proportional to the real parts of the complex values of the discrete Fourier transformed.
H(x) = Vorzeichen (x) . h (|x|)
worin h(|x|) und seine Ableitung h'(|x|) positive und wach sende Funktionen von x sind, mit h(o) = 0.5. Discriminator according to claim 4, characterized in that the distortion circuits ( 51 , 53 , 52 , 61 , 63 , 62 , 64 ) the output signals of the summers ( 50 , 60 ) of the first stage of the first and the second computing device with a transformation which is defined by an invertible function H (x):
H (x) = sign (x). h (| x |)
where h (| x |) and its derivative h '(| x |) are positive and growing functions of x, with h (o) = 0.
H(x) = Vorzeichen x . x2
und daß die Entzerrungsschaltungen (57, 58, 59, 67, 68, 69) die Ausgangssignale der Summierer (55, 65) der zweiten Stufe der ersten und der zweiten Recheneinrichtung mit der inver sen Transformation behaften, die durch folgende Funktion de finiert ist:
H-1(x) = Vorzeichen x . √|x|6. Discriminator according to claim 5, characterized in that the distortion circuits ( 51 , 53 , 52 , 54 , 61 , 63 , 62 , 64 ) the output signals of the summers ( 50 , 60 ) of the first stage of the first and the second computing device with a Affect transformation, which is given by the following function:
H (x) = sign x. x 2
and that the equalization circuits ( 57 , 58 , 59 , 67 , 68 , 69 ) adhere to the output signals of the summers ( 55 , 65 ) of the second stage of the first and the second computing device with the inverse transformation which is defined by the following function:
H -1 (x) = sign x. √ | x |
H(x) = exp (x) - 1
und daß die Entzerrungsschaltungen die Ausgangssignale der Summierer (55, 65) der zweiten Stufe der ersten und der zweiten Recheneinrichtung mit der inversen Transformation behaften, die durch folgende Funktion gegeben ist:
H-1(x) = ln (x + 1) mit ln = Log.Nep.7. Discriminator according to claim 5, characterized in that the distortion circuits adhere to the output signals of the sum mierer ( 50 , 60 ) of the first stage of the first and the second computing devices with a transformation which is defined by the following function:
H (x) = exp (x) - 1
and that the equalization circuits affix the output signals of the summers ( 55 , 65 ) of the second stage of the first and of the second computing device with the inverse transformation which is given by the following function:
H -1 (x) = ln (x + 1) with ln = Log.Nep.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9020077A GB2265223A (en) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | Phase discriminator with spatial sampling |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4031447A1 DE4031447A1 (en) | 1993-11-25 |
| DE4031447C2 true DE4031447C2 (en) | 2000-02-10 |
Family
ID=10682180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19904031447 Expired - Lifetime DE4031447C2 (en) | 1990-09-14 | 1990-10-04 | Phase discriminator with spatial sampling |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4031447C2 (en) |
| GB (1) | GB2265223A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3768007A (en) * | 1971-08-03 | 1973-10-23 | Philips Corp | Tapped delay line phase discriminator |
| DE4024438A1 (en) * | 1989-08-04 | 1993-10-21 | Thomson Csf | Real-time digital frequency meter with spatial sampling |
| DE4025720A1 (en) * | 1989-08-22 | 1996-08-22 | Thomson Csf | Wide band programmably hyperfrequency receiver |
-
1990
- 1990-09-14 GB GB9020077A patent/GB2265223A/en not_active Withdrawn
- 1990-10-04 DE DE19904031447 patent/DE4031447C2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3768007A (en) * | 1971-08-03 | 1973-10-23 | Philips Corp | Tapped delay line phase discriminator |
| DE4024438A1 (en) * | 1989-08-04 | 1993-10-21 | Thomson Csf | Real-time digital frequency meter with spatial sampling |
| DE4025720A1 (en) * | 1989-08-22 | 1996-08-22 | Thomson Csf | Wide band programmably hyperfrequency receiver |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2265223A (en) | 1993-09-22 |
| GB9020077D0 (en) | 1993-07-14 |
| DE4031447A1 (en) | 1993-11-25 |
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