ES2709768T3 - Procedimiento y dispositivo para el procesamiento de señales a base de un mezclador de transmisión, multiplicación de frecuencia y mezcla subarmónica - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para el procesamiento de señales a base de un mezclador de transmisión, multiplicación de frecuencia y mezcla subarmónica Download PDF

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    • H03B19/16—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source using uncontrolled rectifying devices, e.g. rectifying diodes or Schottky diodes

Abstract

Procedimiento para el procesamiento de señales, - en que una señal de entrada (fLO), que existe en un primer componente, es conducida por este primer componente (101) a un segundo componente (201), que puede operar como un multiplicador de frecuencia y como un mezclador subarmónico; - en que el segundo componente (201) por medio de al menos una pieza con una curva característica nolineal (203) multiplica la frecuencia de la señal obtenida (3fLO); - en que el primer componente (101) es un mezclador de transmisión, que retransmite la señal de entrada al segundo componente y en la dirección contraria, en que las señales son proporcionadas por el segundo componente, tiene una funcionalidad de mezcla hacia abajo, - en que la señal multiplicada en frecuencia (3fLO) proporcionada por el segundo componente (201), se emite a través de una antena (301), - en que por medio de la antena (301) se recibe una señal (3fLO +fdoppler) y la señal recibida es mezclada de forma subarmónica (fLO +fdoppler) por el segundo componente (201) y retransmitida al primer componente (101), - en que la señal retransmitida por el segundo componente al primer componente es mezclada hacia abajo por el primer componente, - en que el primer componente proporciona, tras la mezcla hacia abajo, una señal con la frecuencia donde designan f1 la frecuencia (fLO) de la señal de entrada y/o la frecuencia (fLO) de la señal proporcionada al segundo componente por el primer componente y f3 la frecuencia de la señal, mezclada de forma subarmónica por el segundo componente y retransmitida al primer componente,

Description

DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo para el procesamiento de senales a base de un mezclador de transmision, multiplicacion de frecuencia y mezcla subarmonica
La invencion se relaciona con un procedimiento y un dispositivo para el procesamiento de senales.
La US 4,749,949 se relaciona con un multiplicador de frecuencia de microondas auto-precorrector por medio de diodos.
La US 3,076,133 A se relaciona con un multiplicador de frecuencia parametrico para la generacion de senales de una frecuencia armonica impar deseada de una senal de entrada.
La US 2003/0094976 A1 se relaciona con un circuito mezclador, un receptor, asi como un circuito comparador de frecuencia.
La DE 10 2004 048 994 A1 se relaciona con la determinacion de los tiempos de transicion entre una senal de emision y una de recepcion.
La US 5,495,255 se relaciona con un sistema de radar de FM de pequeno tamano, que puede utilizarse particularmente para evitar colisiones.
La US 5,924,021 se relaciona con un circuito de conversion de frecuencia y un procedimiento para una radio de onda milimetrica.
Para generar y recibir senales de alta frecuencia, se usa predominantemente uno de los siguientes sistemas:
Un sistema con un ramal separado de emision y recepcion que genera y modula por medio del ramal de emision las senales de alta frecuencia y amplifica, filtra, mezcla y demodula en base a un ramal separado de recepcion las senales recibidas. Los ramales de emision y recepcion pueden estar provistos de diferentes antenas o utilizar una antena comun a traves de un acoplador de emision/recepcion. Tal sistema es a menudo muy complejo y requiere para la ejecucion un gran numero de componentes. Por ejemplo, en la generacion y en la recepcion de altas frecuencias se requieren componentes costosos de montar, que se conectan preferiblemente en una denominada tecnica de construccion de chip y cable.
Otro sistema utiliza un mezclador de transmision que permite una emision y recepcion simultaneas de senales de alta frecuencia. Ademas, la senal de emision sirve tambien como senal de oscilador local para la conversion hacia abajo de la senal recibida.
Es una desventaja que con los sistemas existentes solo se pueda generar y procesar una senal de alta frecuencia con un considerable esfuerzo.
El objeto de la invencion consiste en evitar el inconveniente citado anteriormente y particularmente en especificar una solucion que posibilite un sistema sencillo y economico para generar y recibir senales de alta frecuencia.
Este objeto se resuelve segun las caracteristicas de las reivindicaciones independientes. De las reivindicaciones dependientes se deducen tambien perfeccionamientos de la invencion.
Para resolver el objeto se propone un procedimiento para el procesamiento de senales segun las caracteristicas de la reivindicacion 1.
El primer y el segundo componente realizan diferentes funciones, aunque pueden estar separados o agrupados en una unidad fisica.
En este contexto resulta ventajoso que el primer componente proporcione, entre otras cosas, la funcionalidad de la retransmision de la senal de entrada y el segundo componente multiplique eficientemente la frecuencia de la senal retransmitida. Cualquier perdida de atenuacion del primer componente puede, por ejemplo, compensarse haciendo que la senal de entrada tenga una intensidad de senal suficientemente alta. El planteamiento permite, por ejemplo, triplicar o quintuplicar la frecuencia de la senal de entrada. La provision de la senal de entrada y (ver mas abajo) el procesamiento de la senal recibida proporcionada por el segundo componente puede realizarse, por consiguiente, en un rango de frecuencia claramente menor.
Es esencial para la invencion que el primer componente sea un mezclador de transmision. El mezclador de transmision conduce (transmite) la senal de entrada al segundo componente y tiene preferentemente en la direccion opuesta, es decir, para las senales proporcionadas por el segundo componente, una funcionalidad de conversion descendente y/o de mezcla descendente.
Es esencial para la invencion
- que la senal de frecuencia multiplicada proporcionada por el segundo componente se emita a traves de una antena,
- en que por medio de la antena se reciba una senal y el segundo componente mezcle de forma subarmonica la senal recibida y la reenvie al primer componente.
Por lo tanto, el segundo componente proporciona funcionalidad de multiplicacion de frecuencia en una direccion. En la direccion contraria, el segundo componente proporciona una funcionalidad de mezcla subarmonica. De esta manera, las senales recibidas por el segundo componente pueden transformarse en un rango de frecuencia que esta significativamente por debajo de la frecuencia de la senal emitida por la antena. Esto simplifica considerablemente el procesamiento (ulterior) de la senal recibida. Particularmente, es un perfeccionamiento que la senal recibida se mezcle de manera subarmonica por el segundo componente y se reenvie al primer componente una senal con la frecuencia,
Figure imgf000003_0001
donde
f2 es la frecuencia de la senal recibida por el segundo componente y
fi es la frecuencia de la senal proporcionada por el segundo componente.
Tambien es un perfeccionamiento que el primer componente mezcle hacia abajo la senal obtenida por el segundo componente.
Ademas, es esencial para la invencion que el primer componente, despues de la mezcla descendente, proporcione una senal con la frecuencia,
Figure imgf000003_0002
donde designan
fi la frecuencia de la senal de entrada o la frecuencia de la senal proporcionada al segundo componente, y f3 la frecuencia de la senal mezclada de forma subarmonica por el segundo componente y reenviada al primer componente.
En el contexto de un perfeccionamiento adicional, la senal mezclada hacia abajo se procesa y, en base a la senal mezclada hacia abajo, puede detectarse una informacion contenida en la senal recibida.
Un siguiente perfeccionamiento consiste en que la frecuencia de la senal obtenida por el primer componente es multiplicada por un factor
211-1, n = 1, 2 , 3 ,
por medio del segundo componente.
El objeto citado anteriormente se resuelve tambien por medio de un dispositivo para procesar senales segun las caracteristicas de la reivindicacion 5.
Particularmente, el primer componente es un mezclador de transmision.
En este contexto cabe senalar que particularmente las anteriores ejecuciones se aplican correspondientemente para este dispositivo y/o las siguientes ejecuciones son tambien aplicables al procedimiento descrito.
Una ordenacion es que el dispositivo pueda aplicarse en conexion con sensores Doppler o de radar.
Particularmente, la solucion propuesta se puede usar para determinar sobre objetos dispuestos en una direccion de radiacion, por ejemplo, distancia, velocidad, etc.
Tambien es posible utilizar la solucion aqui presentada para la comunicacion y/o el intercambio de datos entre sistemas similares. Por ejemplo, puede proporcionarse una conexion de comunicacion punto a punto o punto a multipunto utilizando el planteamiento descrito.
Un modo de operacion consiste en que la pieza con la curva caracteristica no-lineal comprenda dos diodos conectados antiparalelamente.
Una siguiente ordenacion es que los diodos sean diodos de capacidad variable o diodos Schottky.
Tambien es una ordenacion, que el primer componente y/o el segundo componente este disenado en tecnologia de placas conductoras, en tecnologia de pelicula delgada, en tecnologia de pelicula gruesa o como circuito integrado. Un perfeccionamiento consiste en que el segundo componente tenga al menos un filtro, particularmente al menos un filtro de paso alto y al menos un filtro de paso bajo.
Una ordenacion adicional es que la al menos una pieza de componente no-lineal del segundo componente este conectada a traves del filtro de paso bajo con el primer componente y en la que la al menos una pieza de componente no-lineal este conectada a traves del filtro de paso alto directa o indirectamente con una antena.
Ademas, se propone un sistema de comunicaciones o un sistema de radar comprendiendo al menos uno de los dispositivos aqui descritos.
A continuacion se representan y se aclaran los ejemplos de ejecucion de la invencion en base a los dibujos.
Muestran:
Fig.1 una representacion esquematica de un mezclador transmisor;
Fig.2 una estructura esquematica de un segundo componente comprendiendo un filtro, un par de diodos conectados antiparalelamente con curva caracteristica de corriente/tension cubica y otro filtro;
Fig.3 una interconexion del primer componente y del segundo componente.
Se propone un concepto, que se puede implementar facilmente y permite un bajo coste de los pasos de fabricacion involucrados.
Particularmente, un primer componente y un segundo componente se conectan entre si para este proposito.
El primer componente es un mezclador transmisor. El mezclador transmisor puede operar como convertidor ascendente o descendente. Para la presente solucion, el mezclador transmisor se usa preferentemente como convertidor descendente.
La Fig.1 muestra un mezclador transmisor 101 con un terminal 102 y un terminal 103. En el terminal 102 hay una senal con una frecuencia 3 fLo (esta es, ademas, por ejemplo, una frecuencia que tambien puede utilizar un oscilador local), que se emite a traves del mezclador transmisor 101 al terminal 103. Por ejemplo, una senal reflejada con una frecuencia fRF se recibe en el terminal 103. El mezclador transmisor 101 proporciona en una salida 104 una senal de diferencia con la frecuencia fRF-fLo.
Ademas, debe mencionarse que el mezclador transmisor 101 puede tener perdidas, es decir, que la senal que sale del mezclador transmisor 101 por el terminal 103 se puede atenuar respecto de la senal aplicada al terminal 102.
El segundo componente puede operar, por un lado, como un multiplicador de frecuencia, por ejemplo, como un triplicador de frecuencia, y, por otro lado, como un mezclador subarmonico.
El segundo componente puede tener, por ejemplo, un par de diodos conectados antiparalelamente, que tenga una curva caracteristica de corriente/tension cubica. Tal curva caracteristica se puede usar de manera eficiente para generar, a partir de una senal sinusoidal con una frecuencia f, una senal (sinusoidal) con una frecuencia 3f.
La Fig.2 muestra una estructura esquematica de un segundo componente 201 tal comprendiendo un filtro 202, un par de diodos conectados antiparalelamente 203 con curva caracteristica cubica de corriente/tension y un filtro 204. El filtro 202 esta conectado a traves de los diodos conectados antiparalelamente 203 con el filtro 204. El segundo componente 201 tiene una conexion 205 en el filtro 202 y una conexion 206 en el filtro 204.
Ademas, el segundo componente 201 esta disenado de tal forma que tambien actue como un mezclador (subarmonico). Para este proposito, se aplica al terminal 205 una senal con alta potencia y una frecuencia f1, y al terminal 206 una senal con una frecuencia f2 ~ 3f1. La curva caracteristica cubica del par de diodos antiparalelo 203 origina la generacion de componentes de frecuencia con la frecuencia fintern = f2 - 2 f1. Con una eleccion adecuada de los filtros 202, 204 involucrados, puede salir esta senal libremente por el terminal 205.
Generalmente puede disenarse el segundo componente en la direccion del terminal 206 al terminal 205 de tal forma que en el terminal 205 se proporcione una senal, que tenga particularmente la frecuencia diferencial de f2 y 2 veces la frecuencia f1.
El filtro 202 esta disenado preferentemente como un filtro de paso bajo y el filtro 204, como un filtro de paso alto. La Fig.3 muestra una interconexion del primer componente 101 y del segundo componente 201. Una combinacion tal puede utilizarse, por ejemplo, en un radar Doppler.
Una senal con una frecuencia fLo se aplica al terminal 102 del mezclador de transmision 101, pasa con poca atenuacion el mezclador de transmision 101 y llega al terminal 205 del segundo componente 201. El segundo componente 201 triplica la frecuencia de esta senal y proporciona, por lo tanto, en el terminal 206, una senal con la frecuencia 3fLo, que se emite a traves de una antena 301 conectada al terminal 206. La senal asi emitida incide sobre un objeto 302, donde una parte de la senal emitida con la frecuencia 3fLo fdoppler se refleja, es detectada por la antena 301 y retransmitida al terminal 206 del segundo componente 201. Esta senal se mezcla de forma subarmonica en el segundo componente 201 y se transforma en una senal con la frecuencia fLo fdoppler, que se retransmite a traves del terminal 205 al mezclador de transmision 101. El mezclador transmisor 101 proporciona en su salida 104, despues de la conversion de frecuencia, una senal con la frecuencia fdoppler. En base a esta frecuencia fdoppler puede determinarse, por ejemplo, la velocidad del objeto 302.
La senal con la frecuencia fLo, proporcionada a la entrada 102, tiene preferentemente una potencia suficientemente alta, de forma que, a pesar de una atenuacion mediante el primer componente 101, el segundo componente 201 pueda operar en su punto de operacion.
La solucion propuesta se puede utilizar, por ejemplo, en cooperacion con los sensores de radar Doppler o FMCW (FMCW = onda continua de frecuencia modulada, radar de onda continua de frecuencia modulada), en los que simultaneamente deberia enviarse y recibirse una senal. Particularmente el enfoque es apropiado para emplear sensores de radar a frecuencias muy altas, pues justo a altas frecuencias es mucho mas dificil controlar la generacion y amplificacion de frecuencias que a bajas frecuencias. Asi, la solucion presentada desplaza favorablemente la generacion de frecuencia a un tercio de la frecuencia real de emision. Tambien la recepcion de las senales se simplifica correspondientemente, ya que no se necesita ningun amplificador en la ruta de recepcion. El circuito puede usarse de manera particularmente ventajosa cuando la frecuencia de emision f del radar se seleccione de tal forma que la generacion de la frecuencia f/3 pueda dominarse bien y/u obtenerse economicamente con una potencia suficientemente alta.
Ademas, la solucion presentada puede utilizarse en sistemas de comunicaciones, asi como para medir la distancia entre dos sistemas similares.
La combinacion de los componentes primero y segundo, particularmente el segundo componente, puede disenarse o fabricarse en tecnologia de placas conductoras o tecnicas de construccion alternativas, por ejemplo, pelicula fina, capa gruesa o incluso como un circuito integrado.
Los filtros del segundo componente pueden disenarse preferentemente de tal forma que funcionen como elemento(s) de ajuste. Ademas, los filtros pueden disenarse de tal forma que se supriman los productos mixtos (frecuencias) no deseados. Esto podrfa, por ejemplo, simplificar una licencia de radio de los correspondientes sistemas.
Para ejemplificar se cita anteriormente la distribucion antiparalela de dos diodos para proporcionar la curva caracterfstica cubica de corriente/tension. Alternativamente puede utilizarse tambien otra pieza de componente no­ lineal en vez del/de los diodos. Por ejemplo, pueden emplearse varistores o diodos de capacidad variable (varactores, diodos de sintonizacion). Tambien es posible, que se empleen diodos Schottky (por ejemplo, diodos Schottky de chip invertido). Ademas, son posibles combinaciones de los componentes aquf mencionados.
Ademas de la interpretacion del segundo componente como triplicador de frecuencia, este puede dimensionarse con componentes no-lineales apropiados tambien como quintuplicador de frecuencia. En este caso no se usa el coeficiente del termino cubico x3 de la serie de Taylor de la no-linealidad utilizada, sino el coeficiente del termino x5. La frecuencia intermedia empleada puede hallarse siempre aun en el rango de la frecuencia de entrada. Lo mismo es valido para sistemas con un factor de multiplicacion de 2n-1 (con n=1,2,).

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el procesamiento de senales,
- en que una senal de entrada (fLo), que existe en un primer componente, es conducida por este primer componente (101) a un segundo componente (201), que puede operar como un multiplicador de frecuencia y como un mezclador subarmonico;
- en que el segundo componente (201) por medio de al menos una pieza con una curva caracteristica no­ lineal (203) multiplica la frecuencia de la senal obtenida (3fLo);
- en que el primer componente (101) es un mezclador de transmision, que retransmite la senal de entrada al segundo componente y en la direccion contraria, en que las senales son proporcionadas por el segundo componente, tiene una funcionalidad de mezcla hacia abajo,
- en que la senal multiplicada en frecuencia (3fLo) proporcionada por el segundo componente (201), se emite a traves de una antena (301),
- en que por medio de la antena (301) se recibe una senal (3fLo fdoppler) y la senal recibida es mezclada de forma subarmonica (fLo fdoppler) por el segundo componente (201) y retransmitida al primer componente (101),
- en que la senal retransmitida por el segundo componente al primer componente es mezclada hacia abajo por el primer componente,
- en que el primer componente proporciona, tras la mezcla hacia abajo, una senal con la frecuencia
Figure imgf000007_0001
donde designan
f1 la frecuencia (fLo) de la senal de entrada y/o la frecuencia (fLo) de la senal proporcionada al segundo componente por el primer componente y
f3 la frecuencia de la senal, mezclada de forma subarmonica por el segundo componente y retransmitida al primer componente,
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en que la senal recibida es mezclada de forma subarmonica por el segundo componente y se retransmite una senal con la frecuencia al primer componente
Figure imgf000007_0002
donde
f2 es la frecuencia de la senal recibida.
3. Procedimiento segun una de las anteriores reivindicaciones, en que se procesa la senal mezclada hacia abajo y en base a la senal mezclada hacia abajo se detecta una informacion contenida en la senal recibida.
4. Procedimiento segun una de las anteriores reivindicaciones, en que la frecuencia de la senal obtenida por el primer componente es multiplicada por medio del segundo componente segun un factor
Figure imgf000007_0003
5. Dispositivo para el procesamiento de senales
- comprendiendo un primer componente (101), en que existe una senal de entrada (fLo) y que esta conectado con un segundo componente (201), que puede operar como un multiplicador de frecuencia y como un mezclador subarmonico, donde la senal de entrada (fi_o) es conducida por el primer componente al segundo componente,
- donde el segundo componente (201) presenta al menos una pieza con una curva caracteristica no-lineal (203), en base a la cual puede multiplicarse la frecuencia de una senal obtenida por el primer componente, - donde el primer componente (101) es un mezclador de transmision, que retransmite la senal de entrada al segundo componente y en la direccion contraria, en que las senales son proporcionadas por el segundo componente, tiene una funcionalidad de mezcla hacia abajo,
- donde la senal multiplicada en frecuencia (3fi_o) proporcionada por el segundo componente (201), se emite a traves de una antena (301),
- donde por medio de la antena (301) se recibe una senal (3fi_o fdoppler) y la senal recibida es mezclada de forma subarmonica (fi_o fdoppler) por el segundo componente (201) y retransmitida al primer componente (101),
- donde la senal retransmitida por el segundo componente al primer componente es mezclada hacia abajo por el primer componente,
- donde el primer componente proporciona tras la mezcla hacia abajo una senal con la frecuencia
Figure imgf000008_0001
donde designan
f1 la frecuencia (fi_o) de la senal de entrada y/o la frecuencia (fi_o) de la senal proporcionada al segundo componente por el primer componente y
f 3 la frecuencia de la senal, mezclada de forma subarmonica por el segundo componente y retransmitida al primer componente,
6. Dispositivo segun la reivindicacion 5 para el empleo en cooperacion con sensores Doppler o de radar.
7. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 5 o 6, en que la pieza con la curva caracteristica no-lineal (203) comprende dos diodos conectados antiparalelamente.
8. Dispositivo segun la reivindicacion 7, en el que los diodos son diodos de capacidad variable o diodos Schottky.
9. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 5 a 8, en el que el primer componente y/o el segundo componente esta disenado por tecnologia de placas conductoras, tecnologia de pelicula fina, tecnologia de pelicula gruesa o como circuito integrado.
10. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el segundo componente presenta al menos un filtro, particularmente al menos un filtro de paso alto y al menos un filtro de paso bajo.
11. Dispositivo segun la reivindicacion 10, en el que la al menos una pieza de componente no-lineal (203) del segundo componente (201) esta conectada a traves del filtro de paso bajo (202) con el primer componente (101) y en el que la al menos una pieza de componente no-lineal (203) esta conectada a traves del filtro de paso alto (204) directa o indirectamente con una antena (301).
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