DE977751C - Verfahren zur Messung der Taegerfrequenz impulsmodulierter Signale und zur Darstellung eines in der Breite eines Impulses liegenden Messergebnisses sowie Anordnungen zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Messung der Tägerfrequenz impulsmodulierter Signale und zur Darstellung eines in der Breite eines Impulses liegenden Meßergebnisses sowie Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Trägerfrequenz impulsmodulierter Signale, bei dem eine in der Laufzeit frequenzabhängige Verzögerungsleitung benutzt wird und das Eingangssignal mit dem Ausgangssignal der Verzögerungsleitung verglichen wirdw sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Eingangs- als auch das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung demoduliert wird und daß ein von der Verschiebung der beiden demodulierten Impulse gegeneinander abhängiges Signal gebildet wird.
• Es ist bereits bekannt, die Frequenz einer Tonfrequenzspannung, deren Frequenz sich nur in einem vorgegebenen Bereich ändern kann, dadurch zu messen, daß man sie einer Verzögerungsleitung zuführt: deren Eingangs- und Ausgangs spannung einem Phasenmeßgerät zugeführt werden. Die Größe der von der Phasenverschiebung der beiden Spannungen gegeneinander abhängigen Ausgangsgleichspannung des Phasenmeßgeräts ist ein Maß für die Frequenz der der Verzögerungsleitung zugeführten Tonfrequenzspannung.
• Dieses bekannte Verfahren kann zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe, die darin zu sehen ist, ein für die Messung der Trägerfrequenz impulsmodulierter Signale, z. B. von Radarsignalen,- brauchbares Meßverfahren zu schaffen, nicht benutzt werden1 weil sich bei Einsatz dieses Verfahrens in einem relativ breiten Frequenzbereich Mehrdeutigkeiten ergeben.
• Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Verfahren noch die folgenden wesentlichen Vorteile auf.
• So ist die Frequenzmessung vollkommen unabhängig von der Amplitude des ankommenden Signals.
• Weiterhin ist die Frequenzmessung sehr kurzzeitig, d. h., das Ergebnis steht bereits nach sehr kurzer Zeit zur Verfügung. Außerdem ist die Signalauffaßwahrscheinlichkeit (für nicht simultan einfallende Signale) gleich IooO/o. Diese Vorteile sind bei manchen Anwendungsfällen sehr wesentlich, so z. B. bei Geräten zur Peilung von Radarsignalen, bei denen neben der Peilrichtung auch die Trägerfrequenz des Signals interessiert. Beide Meßwerte, also Azimut und Frequenz, müssen einander zugeordnet werden können, d. h., -beide Meßwerte müssen etwa zum gleichen Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Der Einsatz eines Meßverfahrens, beruhend auf dem bekannten Zungenfrequenzmeßprinzip, ist hier nicht möglich. Diese Frequenzmeßanordnung würde z. B. im vorliegenden Anwendungsfall aus Hohlraumresonatoren bestehen, - die nacheinander abgefragt werden, wobei der durch die Trägerfrequenz des Eingangssignals am stärksten erregte Hohlraumresonator das größte Ausgangssignal aufweisen würde. Zwar ist das Ergebnis dieses Verfahrens unabhängig von der Amplitude des einfallenden Signals, jedoch geht, bedingt durch die Abfrage, die Kurzzeitigkeit der Messung und damit die Möglichkeit der Zuordnung von Meßergebnis und Signal verloren. Weiterhin hat das Verfahren den Nachteil, daß es diskontinuierlich arbeitet, wobei das Maß der Diskntinuieflichkeit, also der Frequenzsprünge, eng mit der Frage der Breitbandigkeit und des vertretbaren Aufwandes gekoppelt ist.
• Es sind noch - weitere Frequenzmeßverfahren denkbar, welche jedoch alle entscheidende Nachteile aufweisen. Verfahren nach dem Phasendiskriminatorprinzip oder nach dem Polarisationsspektrometerprinzip haben den Nachteil der starken Amplitudenabhängigkeit. Das Wobbelverfahren (auch Suchtonverfahren) ist nicht brauchbar, weil es eine zu geringe Signalauffaßwahrscheinlichkeit und Genauigkeit besitzt.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren treten diese Nachteile nicht auf. Man kann hier das Frequenzmeßergebnis z. B. in Form eines in der Amplitude konstanten Rechteckimpulses erhalten, wobei das Meßergebnis in der Impulsbreite liegt. Aus dieser Darstellung des Meßwertes läßt sich aber auch eine Darstellung gewinnen, bei der das Meßergebnis in einer Spannungsamplitude liegt.
• Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Darstellung eines in der Breite eines Impulses liegenden Meßergebnisses als Impulsamplitude und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens: Das hierzu notwendige Umwandlungsverfahren wird unten im einzelnen beschrieben werden.
• Aus Gründen der Kurzzeitigkeit wird man dabei im allgemeinen das Meßergebnis in Form eines Meßimpulses darstellen, dessen Amplitude ein Maß der Frequenz ist, dessen Länge jedoch für die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten frei wählbar bleibt.
• Es soll noch erwähnt werden, daß frequenzabhängige Verzögerungsleitungen an sich bekannt sind, daß also dieses Problem bei der Realisierung des obigen Verfahrens keine Schwierigkeiten bereitet. Es ist hierbei die Verwendung sowohl von koaxialen als auch von Hohlrohrverzögerungsleitungen möglich, wobei die an diese Verzögerungsleitungen angeschlossenen Schaltmittel (Demodulatoren und Gabel) ebenfalls entsprechend zu wählen sind.
• Ferner ist bei der Umwandlung einer Impulsbreite in eine Impulsamplitude die Aufladung eines Kondensators bekannt.
• An Hand der Fig. I soll das erfindungsgemäße Verfahren kurz erklärt werden. über die Klemme I werden die impulsmodulierten Signale, deren Trägerfrequenz zu messen ist, zugeführt. Sie gelangen zur Gabel 2, deren einer Ausgang mit einer Verzögerungsleitung 3, die frequenzabhängige Verzögerungseigenschaften hat, verbunden ist. Die Signale des anderen Ausgangs der Gabel 2 werden direkt einem Diodenmodulator 4 zugeführt. Ein weiterer Demodulator 5 ist an den Ausgang der Verzögerungsleitung 3 angeschaltet.
• Bei einem Eingangsimpuls 6, wie er in Fig. 2 a dargestellt ist, erhält man am Ausgang der Demodulatoren 4 und 5 die mit 7 und 8 bezeichneten Videoimpulse (Fig. 2 b), die infolge des Vorhandenseins der Verzögerungsleitung 3 gegeneinander zeitverschoben sind, und zwar um die Laufzeit z. Damit beide Impulse 7 und 8 gleiche Amplituden haben, muß die Energieverteilung in der Gabel 2 entsprechend bemessen sein, d. h., der Verzögerungsleitung wird ein größerer Energieanteil zugeführt.
• Die zeitliche Verschiebung z der beiden Impulse 7 und 8 gegeneinander ist ein Maß der zu messenden Trägerfrequenz.
• Man kann nun diesen zeitlichen Abstand in eine Spannungsamplitude umformen, indem man durch den ersten Impuls 7 die Aufladung eines Kondensators mit konstantem Strom auslöst und die Aufladung durch den zweiten Impuls stoppt. Die Kondensatorspannung ist dann ein Maß der zu messenden Trägerfrequenz. Insgesamt setzt man also die Frequenz zuerst in eine Zeit- und dann in eine Impulsamplitude um.
• Im folgenden soll nun ein Schaltungsbeispiel zur Umsetzung der beiden Videoimpulse in eine Impulsamplitude näher erläutert werden. In diesem Schaltungsbeispiel (Fig. 3), das in Blockschaltung dargestellt ist, wird zuerst von den beiden um T zeitverschobenen Videoimpulsen ein rechteckförmiger Impuls abgeleitet, dessen Amplitude unabhängig von Größe und Form der zu messenden Hochfrequenzimpulse ist. Hierzu werden die Impulse auf die Klemmen g und 10 der Schaltung in Fig. 3 gegeben und beide werden in gleichen Verstärkern 11 und 12 verstärkt. Hieran schließen sich weitere Verstärker I3 und 14 an, wobei der Verstärker 14 derart bemessen ist, daß seine Ausgangs spannung gleichzeitig eine gegenüber dem Ausgangssignal des Verstärkers I3 andere Polarität erhält. In den Begrenzerstufen I5 und I6 werden die Signale begrenzt. Der ungefähre Verlauf der Ausgangssignale ist in der Fig. 3 an den entsprechenden Stellen jeweils angedeutet. Mit Hilfe der Glieder I7 und i8 werden die von den Begrenzerstufen 15 und I6 kommenden Signalimpulse differenziert, und gleichzeitig werden von den in jedem Kanal entstehenden Triggerimpulsen diejenigen, welche von den Vorderflanken der begrenzten Impulse herrühren, ausgewählt, d. h., in beiden Gliedern wird der zweite der entstehenden Triggerimpulse beseitigt. Die Eingangsklemme Io der Schaltung der Fig. 3 ist mit der Diode 5 der Fig. I verbunden. Der Triggerimpuls hinter dem Glied I8 erscheint nach demjenigen aus dem Glied 17 am bistabilen Multivibrator 19. Dieser wird durch die beiden Triggerimpulse getriggert und erzeugt einen Rechteckimpuls mit konstanter Amplitude, dessen Impulslänge ein Maß der zu messenden Frequenz ist. Für bestimmte Zwecke genügt bereits dieses Meßergebnis. An Stelle des bistabilen Multivibrators kann auch eine Torschaltung treten.
• Hier soll nun jedoch als Meßergebnis ein Impuls mit frequenzabhängiger Amplitude erzeugt werden.
• Hierzu wird in dem Glied 20 ein Doppelimpuls der dargestellten Art gewonnen. Der Verlauf des Doppelimpulses (2I) ist auch in der Fig. 2c dargestellt; beide Impulse entsprechen in der Impulsbreite dem Impuls am Ausgang des Gliedes I9, und beide haben gleichen Amplitudenbetrag; jedoch ist die Amplitude des zweiten Impulses negativ. Der Abstand der beiden Impulse ist frei wählbar. Da dieser Impulsabstand nach Fig. 2 c und 2d die Länge des trapezförmigen Frequenzmeßergebnisses bestimmt, kann man die Länge des Ausgangsimpulses den Erfordernissen anpassen. Die erzeugte, doppelimpulsförmig verlaufende Spannung steuert eine Stromsteuerstufe an, deren Ausgangsstrom sich als ein Doppelimpuls mit den Amplituden +i und ergibt. Dieser doppelimpulsförmige Strom wird durch den Kondensator 22 geschickt. Mit dem ersten Impuls wird nun ein Kondensator 22 aufgeladen. In der Zeit zwischen den beiden Impulsen wird die Ladung des Kondensators 22 konstant gehalten, und bei Eintreffen des negativen Impulses wird der Kondensator 22 entladen. Über dem Kondensator steht somit der auch in Fig. 2 d dargestellte und mit 24 bezeichnete Spannungsverlauf, dessen Amplitude ein Maß der Frequenz ist. Aus der zeitlichen Zuordnung der Fig. 2c und 2d geht das Zustandekommen des Meßimpulses 24 eindeutig hervor. Schließlich wird die Kondensatorspannung im Endverstärker 23 verstärkt. Zwar wurde die Anordnung zur Umwandlung eines in einem Zeitintervall liegenden Meßergebnisses in eine Amplitudendarstellung des Meßergebnisses hier für die Anwendung bei dem Meßverfahren gemäß der Erfindung beschrieben. Diese Anordnung ist jedoch auch bei anderen Anwendungsfällen brauchbar.
• Die Konstanthaltung der Kondensatorspannung kann man durch eine sehr große Zeitkonstante erzielen. Läßt sich diese nicht realisieren, ist also die Entladung zwischen den Zeitpunkten der Beendigung der Aufladung und des Beginns der Entladung nicht zu vernachlässigen, so muß man diese unerwünschte Entladung kompensieren. Man kann dies durch einen Verlauf des Doppelimpulses 25 gemäß Fig. 2 e erreichen. Die restliche Stromamplitudei+ im Zeitraum der Konstanthaltung ist derart dimensioniert, daß durch diesen Strom gerade die unerwünschte Entladung kompensiert wird.
• Ein näher ausgeführtes Beispiel der Schaltung der Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt, wobei hier als Verstärkungselemente Transistoren eingezeichnet sind. Gleiche Glieder der beiden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Hier sind nun Einzelheiten des Ausführungsbeispieles der Fig. 3 zu entnehmen, so z. B. das Anschalten von schnell arbeitenden Dioden hinter die Differenzierglieder (I7 und I8) zur Auswahl der richtigen Polarität der Triggerimpulse, weiterhin die Verwendung einer Tunneldiode Iga in dem schnell arbeitenden Multivibrator 19. Schließlich wird die Doppelimpulserzeugung hier mit Hilfe eines am Ende kurzgeschlossenen koaxialen Kabels erreicht. Der Impulsabstand der Teilimpulse istt- identisch mit der Gruppenlaufzeit, die ein Signal benötigt, um das Koaxialkabel hin und zurück zu durchlaufen.
• Die Polaritätsänderung des zweiten Teilimpulses geschieht durch den Phasensprung am kurzgeschlossenen Leitungsende.
• Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann man die zeitverschobenen und in den Stufen rg und I6 begrenzten Impulse, wie in Fig. 5 a gezeigt, in einen Rechteckimpuls umwandeln, dessen Länge das Meßergebnis darstellt. Hierbei treten an Stelle der Differenzierglieder I7 und I8 zwei Stromsteuerstufen 24 und 25, wobei diese Stromsteuerstufen oder die Begrenzerstufen 15 und I6 derart bemessen sein müssen, daß die Amplitude des später kommenden Impulses größer als die des anderen ist. Dem bistabilen Multivibrator 19 in Form einer Tunneldiode ist hierzu noch ein relativ niederohmiger Widerstand parallel geschaltet, und der Ruhestrom durch diese Diode ist derart bemessen, daß der hierdurch eingestellte Arbeitspunkt in der Nähe des einen Umkehrpunktes der Strom-Spannungs-Kennlinie der Tunneldiode liegt. In der Fig. 5 b ist diese Kennlinie, die durch den parallelgeschalteten WiderstandIgb gestreckt ist, dargestellt und der »Ruhearbeitspunkt« mit 26 bezeichnet. Bei Ankommen des nicht verzögerten Impulses mit der Stromamplitude il springt der Arbeitspunkt in den Punkt 27. Die Ausgangsspannung des Multivibrators 19 ändert sich also vom Wert U1 auf den Wert U2.
• Erscheint nun der negative, in seiner Amplitude [-(i,S-di)l etwas größere zweite Impuls am Eingang des Multivibrators I9, SO wird der Arbeitspunkt nach dem Punkt 28 verlagert. In guter Näherung gibt der Multivibrator also wieder die Spannung U1 ab. Die bis zur Rückstellung in den Arbeitspunkt 26 (nach Ende des zweiten Impulses) abgegebene Abweichung von der Spannung U1 wirkt sich jedoch keineswegs nachteilig aus, da das Ergebnis ja in der Breite des entstehenden Rechteckimpulses mit der starken Amplitudenänderung U1 nach U2 und wieder zurück zu etwa U1 liegt.
• Diese Schaltung hat den Vorteil, daß einmal zwischen den beiden Kanälen keine Verkopplung mehr auftritt, daß aber außerdem nunmehr auch die Flankensteilheit der Impulse keine Rolle mehr spielt.
• Mit diesem Frequenzmeßverfahren können somit in kurzer Zeit Trägerfrequenzen impuismodulierter Signale gemessen werden. Hierbei geht die Amplitude und die Form der Impulse nicht auf das Meßergebnis ein. Diese liegt schließlich in Form einer skalaren Impulsspannungsamplitude vor. Sie kann z. B. bei dem o. a. Verwendungsfall der Peilung von Radarsendern mit radialer Anzeige des Einfallsazimut auf einer Anzeigeröhre zur Beeinflussung der Größe der Anzeigespannung herangezogen werden, wodurch der Abstand des aufgezeichneten Leuchtpunktes von dem Mittelpunkt der Anzeigeröhre ein Maß für die Frequenz darstellt. Damit ist eine eindeutige Zuordnung zwischen Peilanzeige und Frequenz des gewählten Radarsenders möglich.
• PATENTANSPROCNE: I. Verfahren zur Messung der Trägerfrequenz impulsmodulierter Signale, bei dem eine in der Laufzeit frequenzabhängige Verzögerungsleitung benutzt wird und das Eingangssignal mit dem Ausgangssignal der Verzögerungsleitung verglichen wird, dadurch gelleilnzeiinet; daß sowohl das Eingangs- als auch das Ausgangs signal demoduliert wird und daß ein von der Verschiebung der beiden demodulierten Impulse gegeneinander abhängiges Signal gebildet wird.

Claims (1)

1. 2. - Verfahren nach Anspruch I-, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Verschiebung der beiden demodulierten Impulse ein Rechteckimpuls mit konstanter Amplitude gebildet wird, dessen Breite ein Maß der gemessenen Trägerfrequenz ist.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Verschiebung der beiden demodulierten Impulse unter Verwendung eines Ladekondensators ein Meßimpuls gebildet wird, dessen Amplitude ein Maß der Frequenz ist.

   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden demodulierten Impulse in in der Polarität entgegengesetzte Impulse umgewandelt werden, daß diese Impulse differenziert werden, daß jeweils von den beiden entstehenden Triggerimpulsen nur der erste ausgewählt wird und daß die beiden verbleibenden Triggerimpulse, von denen je einer von den beiden demodulierten Impulsen herrührt, zur Triggerung eines bistabilen Multivibrators oder einer Torschaltung ausgenutzt werden, wodurch ein Rechteckimpuls konstanter Amplitude entsteht, dessen Breite ein Maß der Frequenz ist.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden demodulierten Impulse in in der Polarität entgegengesetzte Impulse umgewandelt und begrenzt werden, daß von den entstehenden Spannungen zwei Stromsteuerstufen angesteuert werden und daß durch deren Bemessung oder durch Bemessung der Begrenzerstufen der unverzögerte Impuls gegenüber dem verzögerten Impuls eine etwas kleinere Amplitude aufweist, daß von diesen Signalen ein bistabiler Multivibrator, bestehend aus einer bei Nichtvorhandensein von Signalen mit einem entsprechenden Arbeitspunkt betriebenen Tunneldiode sowie einem parallelgeschalteten relativ niederohmigen Widerstand, angesteuert wird, derart, daß bei Ankommen des unverzögerten Impulses die Ausgangsspannung des Multivibrators stark geändert wird, während bei Ankommen des zweiten Impulses etwa der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt wird.

   6. Verfahren zur Darstellung eines in der Breite eines Impulses liegenden Meßergebnisses als Impulsamplitude durch Aufladung eines Kondensators, insbesondere zur Verwendung im Meßverfahren gemäß Anspruch 3 unter Verwendung der Merkmale nach Anspruch 4, dar durch gekennzeichnet, daß aus dem Rechteckimpuls ein Doppelimpuls mit frei wählbarem Impulsabstand, jedoch entgegengesetzter Amplitude der beiden Impulse gebildet wird und daß der erste Impuls dieses Doppelimpulses zur Aufladung des Kondensators benutzt wird, der während des frei wählbaren Impulsabstandes konstante Spannungen aufweist und daß dieser durch den zweiten Impuls wieder entladen wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Multivibrator eine Tunneldiode enthält.

   8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Doppelimpulses eine am Ende kurzgeschlossene Koaxialleitung verwendet wird.

   9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung der Kondensatorspannung dieser mit dem Entladeglied eine große Zeitkonstante bildet.

   10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung der Kondensatorspannung der Kondensator während des entsprechenden Zeitraumes mit einem entsprechend bemessenen kleinen Strom beauf--schlagt wird.

   II. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis I0, dadurch gekennzeichnet, daß eine koaxiale Verzögerungsleitung verwendet wird.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis I0, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hohlleiterverzögerungsleitung verwendet wird.

   13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gabel zur Aufteilung des Eingangssignals vorgesehen ist, daß an deren einen Ausgang eine Verzögerungsleitung angeschaltet ist, daß an den anderen Ausgang der Gabel und an den Ausgang der Verzögerungsleitung je ein Demodulator angeschaltet ist und daß hieran Mittel, unter anderem bestehend aus einem Ladekondensator, zur Herstellung eines Meßimpulses angeschaltet sind, wobei die Amplitude des Meßimpulses ein Maß der zu messenden Frequenz ist.

   14. Anordnung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Herstellung eines Meßimpulses aus Mitteln zur Umkehrung der Polarität des einen demodulierten Impulses gegenüber dem anderen, aus hieran angeschalteten Differenziergliedern und Mitteln zur Beseitigung jeweils eines entstehenden Triggerimpulses sowie Mitteln zur Herstellung eines Rechteckimpulses mit konstanter Amplitude und vom Abstand der Triggerimpulse abhängiger Breite bestehen und daß sich hieran Mittel zur Umwandlung der Impulsbreite in eine Impulsamplitude anschließen.

   15. Schaltungsanordnung zur Darstellung eines in der Breite eines Impulses liegenden Meßergebnisses als Impulsamplitude durch Aufladung eines Kondensators, insbesondere zur Verwendung in der Anordnung gemäß An-Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung eines Doppelimpulses auf Grund des Impulses, in dessen Breite das Meßergebnis liegt, vorgesehen sind, wobei die Impulse des Doppelimpulses die gleichen charakteristischen Merkmale aufweisen wie der Auslöseimpuls mit dem einen Unterschied, daß die Amplitude eines dieser Impulse entgegengesetztes Vorzeichen aufweist und daß hieran der Kondensator angeschaltet ist, der durch den ersten Impuls aufgeladen und durch den zweiten Impuls des Doppelimpulses entladen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 583 794; Electronic Engineering, Juli I960, S. 442, 443; The Review of Scientific Instruments, 27 (I956), 3 (März), S. I66 bis 170.