DE4216065A1 - Verfahren zur Analog/Digitalwandlung von Mikrowellensignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer Ana­ log/Digitalwandlung von Mikrowellensignalen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Die bekannten Verfahren für Mach-Zehnder-Modulator/Interferometer für die Analog/Digitalwandlung sind jedoch nur für elektrische Signale mit Frequenzanteilen bis zu ca. 1 GHz geeignet, d. h. die bekannten optischen A/D-Wandler lassen eine Digitalisierung nur im Basisband zu.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem hochfrequente Signale digitalisiert werden können, ohne daß sie in das Basisband gemischt werden müssen und so für phasen­ gesteuerte SAR und Radarantennen verwendbar werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge­ löst. Eine Weiterbildung ist im Unteranspruch angegeben. In der Be­ schreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren der Zeich­ nung ergänzen diese Erläuterung. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm des Spektrums eines zu digitalisierenden Signales mit Bandbreite B<ω_c und unterer Eckfrequenz ω_c»B,

Fig. 2 ein Diagramm bezüglich der Frequenzumsetzung für die Digitali­ sierung hochfrequenter Signale,

Fig. 3 ein Schemabild eines optischen A/D-Wandlers mit Mach-Zehnder-In­ terferometern,

Fig. 4 ein Schemabild eines optischen A/D-Wandlers mit optischen Pha­ senschiebern.

Insbesondere für die Signalverarbeitung von phasengesteuerten Antennen ist es von Bedeutung, höherfrequente Signale (»10 GHz) mit einer Band­ breite von ca. 1 GHz zu digitalisieren. In der Fig. 1 ist ein Spektrum eines solchen Signal es mit dem unteren Eckfrequenz ω_c und einer obe­ ren Eckfrequenz ω_c + B gezeigt. Mit herkömmlichen A/D-Wandlern kön­ nen diese Signale mit bis zu einer Bandbreite B digitalisiert werden, nachdem sie - wie in Fig. 2 veranschaulicht - vom höheren Frequenzband auf ein niedriges umgesetzt werden, so daß die obere Eckfrequenz des um­ gesetzten Signales kleiner als die Bandbreite des A/D-Wandlers ist. Nun­ mehr wird aufgezeigt, wie die Digitalisierung von Signalen mit bis zu einer Basisbreite B und einer unteren Eckfrequenz ω_c durchzuführen ist.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Mach-Zehnder-Modulator/Interferome­ ters mit am Eingang aufgetrennten Armen. In jeden Arm wird eine andere optische Frequenz eingespeist, so daß die Differenz beider optischen Frequenzen der Umsetzungsfrequenz (Mittenfrequenz) des zu digitalisie­ renden Mikrowellensignales entspricht. Der Unterschied des in Fig. 3 ge­ zeigten Ausführungsbeispieles gegenüber dem Stand der Technik liegt dar­ in, daß das intensitätsmodulierte Signal mit einem weiteren optischen Träger überlagert wird. Durch diese Überlagerung wird das zu digitali­ sierende Signal um die Differenzfrequenz der beiden optischen Träger um­ gesetzt. Das heißt: ein einzelner Mach-Zehnder-Modulator/Integrator wird dazu verwendet, damit das analoge Eingangssignal bei der Zwischenfre­ quenz ω_c mit einem Bit digitalisiert werden kann. Dies ist bisher vom Stand der Technik nicht erkannt worden.

Die Intensität des optischen Signal es kann anhand eines optischen Emp­ fängers nachgewiesen werden. Die Intensität wird als elektrisches Signal in einem Komparator mit einem Schwellwert verglichen und dieser Schwell­ wert entspricht etwa der Hälfte der maximalen Amplitude. Wenn die opti­ sche Amplitude über dem Schwellwert liegt, dann ist der logische Wert "1" und wenn die optische Intensität darunter liegt, dann ist der logische Wert "0". Jedes der logischen Signale zwischen "Least Significant Bit" LSB und "Most Significant Bit" MSB wird mit Abtastern erfaßt und bis zur Digitalisierung des nächsten Wertes gespeichert.

Wenn das elektrische Eingangssignal gleichzeitig bei einer Reihe von Mach-Zehnder-Modulatoren/Integratoren anliegt - im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel sind es vier - kann man mit dieser Gruppe das elektrische Signal binär digitalisieren. Dafür müssen sich die erzeugten elektri­ schen Felder in den optischen Wellenleitern um genau den Faktor 2 unter­ scheiden.

Die Anzahl dieser Modulatoren richtet sich nach der gewünschten digita­ len Auflösung. In dem hier beschriebenen und dargestellten Ausführungs­ beispiel werden 4-Bit-Versionen gezeigt, für welche vier Modulatoren er­ forderlich sind.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen A/D-Wandlers mit optischen Phasenschiebern für unterschiedliche optische Signale zu jeder Polarisation. Bei jeder Polarisation wird durch die Laserquelle eine andere optische Frequenz eingespeist, so daß die Differenz beider optischer Frequenzen der Umsetzungsfrequenz (Mittenfrequenz) des zu di­ gitalisierenden Mikrowellensignales entspricht. Bei diesem Ausführungs­ beispiel wird das intensitätmodulierte Signal mit einem weiteren opti­ schen Träger überlagert und durch diese Überlagerung wird das zu digita­ lisierende Signal um die Differenzfrequenz der beiden optischen Träger umgesetzt, d. h. ein einzelner Mach-Zehnder-Modulator kann dazu verwendet werden, das analoge Eingangssignal bei der Zwischenfrequenz ω_c mit einem Bit zu digitalisieren. Auch dies ist vom Stand der Technik bisher nicht entdeckt worden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Analog/Digitalwandlung von Mikrowellensignalen mit­ tels Mach-Zehnder-Modulator/Interferometer, für dessen A/D-Wandlung von 1 Bit der optische Träger in zwei Arme geteilt und phasenverschoben überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur A/D-Wandlung des Ba­ sisbandsignales die optischen Träger um eine Mikrowellenfrequenz zuein­ ander versetzt werden und die Intensität des optischen Signales als elektrisches Signal in einem Komparator mit einem bestimmten Schwell­ wert, der etwa der Hälfte der maximalen Amplitude entspricht, verglichen wird, wobei sich die erzeugten elektrischen Felder in den optischen Wel­ lenleitern der Digitalisierungsstufen um genau den Faktor zwei unter­ scheiden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das in­ tensitätsmodulierte Signal mit einem weiteren optischen Träger überla­ gert wird und dadurch das zu digitalisierende Signal um die Differenz­ frequenz der optischen Träger umgesetzt wird.