FI88569B - Faslaost slinga foer generering av referensbaervaogen foer en koherent detektor - Google Patents

Description

1 88569

Vaihelukittu silmukka koherentin ilmaisimen referenssi-kantoaallon synnyttämiseksi

Esillä oleva keksintö koskee vaihelukittua sil-5 mukkaa koherentin ilmaisimen referenssikantoaallon syn nyttämiseksi, joka vaihelukittu silmukka käsittää ensimmäisen vaihevertailuvälineen, joka vertaa tulevan signaalin estimoidun kantoaallon taajuutta ja paikallisen referenssikantoaalto-oskillaattorin taajuutta 10 synnyttäen niiden väliseen vaihe-eroon verrannollisen säätösignaalin referenssikantoaalto-oskillaattorin taajuuden säätämiseksi.

Perinteisesti koherentit ilmaisimet toimivat suhteellisen pienillä ja kiinteillä välitaajuuksilla, 15 jolloin referenssikantoaallon generoinnissa referenssi- kantoaallon ja vastaanotetun signaalin estimoidun kantoaallon välisen vaihe-eron ilmaisevan piirin ohjaamaa jännitesäätöistä vapaasti värähtelevää oskillaattoria.

Jos kuitenkin koherentin ilmaisimen on toimit-20 tava suhteellisen suurella kantoaaltotaajuudella ja oskillaattorin taajuutta on voitava muuttaa laajoissa rajoissa ja niin tarkasti, että haluttu vastaanotettava signaali löydetään varmasti, vapaasti värähtelevän oskillaattorin taajuustarkkuus ei enää riitä. Sen sijaan 25 on käytettävä kvartsikiteeseen lukittua referenssitaa- juutta, johon vaihelukittumalla ja taajuusjakajia käyttämällä saavutetaan tarvittava taajuustarkkuus ja mahdollisuus muuttaa taajuutta helposti. Kyseessä on siten eräänlainen taajuussyntetisaattori.

30 Tällaisen taajuussyntetisaattorin vaikeutena on kuitenkin se, että vastaanotetun signaalin estimoidun kantoaallon vaihetta mittaavan piirin pitäisi pystyä hienosäätämään referenssikantoaalto-oskiHaattorin taajuutta vastaanotetun signaalin ja ilmaisimen oskillaat-35 torien taajuuden värinän ja taajuusryöminnän kompensoi- 2 88569 miseksi. Referenssikantoaalto-oskillaattoria pitäisi kyetä hienosäätämään nopeudella, joka ei ole sidottu taajuussyntetisaattorin sisältämän vaihelukitun silmukan kaistaleveyteen. Toisin sanoen taajuussyntetisaat-5 torin ulostulotaajuutta pitäisi voida ohjata säätösig-naalilla, jonka taajuuskaista voi ulottua ns. nollataa-juudesta (säätösignaali muuttumaton) vaihelukitun silmukan seurantanopeuden määräämää taajuutta huomattavasti suurempaan taajuuteen (säätösignaalissa on hyvin 10 nopeita muutoksia).

Jos referenssikantoaalto-oskillaattorina käytetään esimerkiksi tunnettua kuvion 1 mukaista taajuus-syntetisaattorikytkentää, ei hienosäädön nopeus ole riittävä. Kuviossa 1 vaihelukitun silmukan jännitesää-15 töinen silmukkaoskillaattori 5 saa ohjauksensa silmuk- kavahvistimen 3 kautta vaihevertailijalta 2, joka vertailee vertailuoskillaattorin 1 ja silmukkaoskillaat-torin 5 ulostulotaajuuksien, jotka on syötetty sille jakajapiirien 7 ja 8 kautta, välistä vaihe-eroa. Ver-20 tailuoskillaattoriin on lisätty taajuudensäätösisään- tulo IN, jonka avulla vaihelukitun silmukan ulostulosignaalin OUT taajuutta on tarkoitus säätää. Kun säätö-signaalissa IN tapahtuu kuvion 4a mukainen askelmuu-tos, vertailutaajuus muuttuu vastaavasti, jolloin vai-25 hevertailija 2 havaitsee vaihe-eron ja ohjaa silmuk-kaoskillaattoria 5 siten, että tämä vaihe-ero poistuu. Vaihelukitun silmukan aikaansaamalla ulostulosignaalin OUT taajuuden säädöllä on kuitenkin oma hitautensa, minkä seurauksena ulostulotaajuus puuttuu pengermäises-30 ti ohjaussignaalissa tapahtuvan askelmuutoksen seurauk sena, kuten kuviossa 4b on esitetty. Toisin sanoen vaihelukitun silmukan taajuuden säätö ei kykene seuraamaan säätösignaalissa tapahtuvia nopeita muutoksia. Taajuu-densäädön kaistanleveys rajoittuukin maksimissaan tyy-35 pillisesti noin viidesosaan vaihelukitun silmukan kais- 3 88569 tanleveydestä.

Jos referenssikantoaalto-oskillaattorina käytetään kuvion 2 mukaista taajuussyntetisaattorikytkentää, ei staattinen hienosäätö ole mahdollinen. Kuvion 2 kyt-5 kentä eroaa edellisestä siinä, että taajuudensäätösig- naali ei ohjaa vertailuoskillaattoria 1, vaan se summataan yhteen silmukkavahvistimen 3 ulostulosignaalin kanssa summaimessa 4, jonka ulostulosignaali ohjaa sil-mukkaoskillaattoria 5. Tällöin taajuudensäätösignaalis-10 sa esiintyvä askelmuutos näkyy välittömästi synteti saattorin ulostulotaajuudessa ilman vaihelukitun silmukan aiheuttamaa viivettä, mutta toisaalta vaihelukittu silmukka korjaa sen viiveestä riippuvalla nopeudella ulostulotaajuuden takaisin alkuperäiseen arvoon, kuten 15 kuviossa 4c on esitetty. Tässä ratkaisussa säätösig- naalin taajuus (muutosnopeus) voi olla silmukan seuran-tanopeuden määräämästä taajuudesta ylöspäin. Kuvion 2 mukainen kytkentä ei kuitenkaan kykene säilyttämään ulostulotaajuutta säätösignaalin määräämässä uudessa 20 arvossa eikä se vaihelukitun silmukan taajuussäätöön aiheuttaman ylipäästösuodatusvaikutuksen seurauksena toimi silloin, kun säätösignaalin taajuus on pienempi kuin vaihelukitun silmukan seurantanopeuden määräämä taajuus, joten syntetisaattorin ulostulotaajuuden pit-25 käaikaista keskiarvoa (staattista tilaa) ei voida säätää.

Kumpikaan näistä tunnetuista kytkennöistä ei sovellu tapaukseen, jossa säätösignaalin kaistaleveyden tulisi ulottua nollataajuudesta taajuuteen, joka on 30 suurempi kuin vaihelukitun silmukan seurantanopeuden määräämä taajuus.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada vaihelukittu silmukka, jolla voidaan kehittää referenssikantoaalto koherentille ilmaisimelle, joka 35 toimii suurella signaalitaajuudella, jota tulee voida * 88569 helposti vaihtaa laajalla taajuusalueella.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä vaihelukitulla silmukalla, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että referenssikantoaalto-5 oskillaattori käsittää vertailuoskillaattorin, silmuk- kaoskillaattorin, jonka ulostulotaajuus on mainittu referenssikantoaalto, toisen vaihevertailijavälineen, jonka sisääntuloihin kytketty vertailuoskillaattorin ulostulo ja silmukkaoskillaattorin ulostulo joko suo-10 raan tai taajuusjakajien kautta, ja taajuudensäätöväli- neet, jotka vasteena ensimmäisen vaihevertailijavälineen synnyttämälle säätösignaalille säätävät referens-sikantoaalto-oskillaattorin taajuutta säätämällä samanaikaisesti sekä vertailuoskillaattoria että silmukkaos-15 killaattoria siten, että toisen vaihevertailijaväli neen sisääntuloissa esiintyvät taajuudet muuttuvat oleellisesti saman verran ja samaan suuntaan.

Keksinnössä vastaanotetun kantoaallon ja refe-renssikantoaallon välisen vaihe-eron ilmaiseva piiri 20 hienosäätää referenssioskillaattoria säätämällä saman aikaisesti ja saman verran referenssikantoaalto-oskil-laattoriin kuuluvia silmukkaoskillaattoria ja vertailuoskillaattoria. Keksinnössä referenssioskillaattorin taajuudensäätösignaalin kaistanleveys ei ole rajoitet-25 tu, vaan se voi ulottua nollataajuudesta taajuuteen, joka on huomattavasti suurempi kuin vaihelukitun silmukan seurantanopeuden määräämä ylärajataajuus, eli teoriassa ääretön. Tämän ansiosta referenssikantoaalto-oskillaattorin ulostulotaajuus kykenee seuraamaan vas-30 taanotetun signaalin taajuutta riittävän nopeasti ja myös säilyttämään muuttuneen säätösignaalin määräämän uuden taajuusarvon.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin suoritusesimerkkien avulla viitaten oheisiin piirrok-35 siin, joissa 5 88569 kuvio 1 esittää lohkokaavion eräästä tunnetusta taajuussyntetisaattorista, kuvio 2 esittää lohkokaavion toisesta tunnetusta taajuussyntetisaattorista, 5 kuvio 3 esittää lohkokaavion keksinnön mukaises ta vaihelukitusta silmukasta koherentin ilmaisimen re-ferenssikantoaallon synnyttämiseksi, ja kuvio 4 havainnollistaa kuvioiden 1, 2 ja 3 piirien referenssikantoaalto-oskillaattorien ulostulotaa-10 juuksien vasteita askelmaiseen ohjaussignaalin muutok seen.

Keksinnön tarkoituksena on referenssikantoaallon muodostaminen koherenttia ilmaisua varten. Keksintöä voidaan sovelletaan tyypillisesti QAM (Quadrature 15 Amplitude Modulation) signaalien koherentin ilmaisimen yhteydessä, jolloin vastaanotettava signaali ei sisällä varsinaista lähetyksessä käytettyä kantoaaltotaajuutta vaan ainostaan modulaation tuloksena syntyneet sivu-kaistat. Tämän vuoksi lähetyksessä käytetyn kantoaallon 20 taajuus ja vaihe on estimoitava vastaanotetusta signaalista esimerkiksi Costas-periaatteen mukaan toimivalla vaihe-estimaattorilla. Keksintöä voidaan soveltaa myös esimerkiksi koherenteissa FM (Frequency Modulation) tai AM (Amplitude Modulation) ilmaisimissa, 25 jolloin vastaanotettu signaali sisältää myös kantoaaltotaajuuden. Kun tässä selityksessä käytetään termiä estimoitu kantoaaltotaajuus, sillä tarkoitetaan yleisesti molempia edellä mainittuja signaalityyppejä.

Kuviossa 3 on esitetty eräs keksinnön mukainen 30 vaihelukittu silmukka, joka käsittää vaihevertailijan 9, jonka toiseen sisääntuloon syötetään vastaanotetun radiotaajuinen signaali, josta estimoidaan lähetyksessä käytetyn kantoaallon vaihe ja taajuus. Vaihevertaili-japiirin 9 ulostulojännite syötetään taajuudensäätösi-35 sääntuloon IN vaihelukitun silmukan silmukkaoskillaat- 6 38569 torissa 11, joka toimii keksinnön mukaisena referenssi-kantoaalto-oskillaattorina referenssikantoaallon synnyttämiseksi koherenttia ilmaisinta varten. Referenssi-kantoaalto-oskillaattorin 11 ulostulo on kytketty vai-5 helukitun silmukan ulostuloon sekä vaihevertailijapii- rin 9 toiseen sisääntuloon. Vaihevertailijapiiri 9 säätää oskillaattorille 11 syötetyn säätöjännitteen arvoa siten, että oskillaattorin 11 synnyttämän referenssi-kantoaallon ja signaalisisääntuloon INPUT vastaanote-10 tusta signaalista estimoidun kantoaallon välillä ei ole vaihe-eroa, jolloin vaihelukitun silmukan ulostulotaa-juus eli referenssikantoaalto on lukittunut estimoituun kantoaaltotaj uuteen.

Kuviossa 3 keksinnön mukainen referenssikanto-15 aalto-oskillaattori 11 sisältää vertailutaajuusoskil- laattorin 1, joka on edullisesti jänniteohjattu kideos-killaattori ja jonka ulostulosignaali on kytketty taajuus jakajapiirin 7 kautta vaihevertailijan 2 yhteen sisääntuloon. Vaihevertailijan 2 toiseen sisääntuloon 20 on kytketty toisen taajuusjakajapiirin 8 kautta refe-renssikantoaalto-oskillaattorin 11 ulostulosignaali OUT. Vaihevertailija 2 vertaa sisääntuloissaan olevien signaalien vaihe-eroa ja synnyttää vaihe-eroon verrannollisen ulostulojännitteen, joka vahvistetaan silmuk-25 kavahvistimella 3 ja syötetään summainelimen 4 yhteen sisääntuloon. Summainelin 4 summaa vaihevertailijapii-rin 2 vahvistetun ulostulojännitteen toisessa sisääntulossaan olevaan taajuudensäätöjännitteeseen muodostaen ulostuloonsa summajännitteen, joka syötetään jänniteoh-30 jatun silmukkaoskillaattorin (VCO) 5 ohjaussisääntu-loon, jolloin summajännite määrää silmukkaoskillaattorin 5 ulostulosignaalin taajuuden, joka on samalla mainittu referenssikantoaaltotaaj uus.

Kuvion 3 referenssikantoaalto-oskillaattori 11 35 käsittää lisäksi taajuudensäätölohkon 6, jossa on oh- 7 88569 jaussisääntulo ja kaksi säätöulostuloa, joista ensimmäinen on kytketty vertailutaajuusoskillaattorin 1 oh-jaussisääntuloon ja toinen on kytketty summainelimen 4 toiseen sisääntuloon. Taajuudensäätölohko 6 synnyttää 5 vasteena sen sisääntulossa IN esiintyvälle ohjausjännitteelle Uln taajuudensäätöjännitteen kumpaankin säätö-ulostuloonsa. Säätöulostuloissa esiintyvien säätöjännitteiden suuruuksien suhde valitaan sellaiseksi, että ohjausjännitteen Uln muutos aiheuttaa samansuuruiset ja 10 samansuuntaiset taajuuden muutokset vaihevertailijan 2 sisääntuloissa olevissa signaaleissa. Tällöin vaihever-tailija 2 ei havaitse säätötilanteessa mitään vaihe-eroa signaalien välillä, ja tätä kautta vaihelukitun silmukan ominaisuudet eivät pääse vaikuttamaan taajuu-15 densäädön toimintaan. Käytännössä vertailuoskillaatto- rille 1 syötetyn säätöjännitteen suhde summainelimelle 4 syötettyyn säätöjännitteeseen on R/S1:N/S5, missä R on jakajapiirin 7 jakajatermi, N on jakajapiirin 8 ja-kajatermi, SI on oskillaattorin 1 säätöjyrkkyys ja S5 20 on oskillaattorin 5 säätöjyrkkyys.

Kuvion 3 mukainen referenssikantoaalto-oskil-laattori 11 toimii seuraavasti. Kun taajuudensäätöloh-kon 6 sisääntulossa IN esiintyvä ohjausjännite Uln muuttuu kuvion 4a mukaisesti, taajuudensäätölohko 6 syöttää : 25 summainelimen 4 kautta silmukkaoskillaattorille 5 taa-juudensäätöjännitteen, jossa on vastaava muutos ja joka aiheuttaa oskillaattorin 5 ja sitä kautta koko oskillaattorin 11 ulostulotaajuudessa Fout vastaavan askel-muutoksen ilman vaihelukitun silmukan aiheuttamaa vii-"’· 30 vettä, kuten kuviossa 4d on esitetty. Samanaikaisesti taajuudensäätölohko 6 syöttää vertailutaajuusoskillaat-torille 1 toisen säätöjännitteen, joka säätää vertailu-taajuusoskillaattoria 1 siten, että jakajapiirin 7 kautta vaihevertailijapiirille 2 syötetyn signaalin 35 taajuudessa tapahtuva muutos on yhtä suuri kuin silmuk- 8 88569 kaoskillaattorin 5 ulostulosta jakajapiirin 8 kautta vaihevertailijapiirille 2 syötetyn toisen signaalin taajuudessa tapahtuva muutos. Koska nyt myös vertailu-taajuus on asetettu uudelleen, vaihevertailijapiiri 2 5 ei havaitse signaalien välillä vaihe-eroa eikä pyri korjaamaan silmukkaoskillaattorin 5 ulostulotaajuudessa tapahtunutta muutosta vaan säilyttää uuden ulostulotaa-juuden, kuten kuviossa 4d on esitetty.

Kuviossa 3 esitettyjen rakennelohkojen käytännön 10 toteutus on alan ammattimiehelle ilmeinen. Esimerkissä on yksinkertaisuuden vuoksi käsitelty analogisia signaaleja, mutta keksintö voidaan aivan yhtä hyvin toteuttaa käyttäen digitaalisia vaihevertailijoita, taajuus jakajia ja taajuuskonverttereita ilman että kek-15 sinnön perusidea muuttuu.

Taajuudensäätölohko 6 voi yksinkertaisimmillaan sisältää sopivia vaimentimia tai vahvistimia, joilla taajuudenohjausjännite Uln jaetaan kahteen osaan. Lohko 6 voi kuitenkin sisältää myös vaiheenkääntöpiirejä ja 20 taajuudensäädön taajuusvasteen muokkaamiseen tarkoitet tuja piirejä. Lohko 6 voidaan myös mahdollisesti jättää pois, jolloin täytyy muutoin huolehtia siitä, että os-killaattoreita 1 ja 5 säädetään keksinnön mukaisella tavalla.

25 Silmukkavahvistin 3 voi sisältää integraatto reita ja suodattimia ja joissakin tapauksissa myös se voidaan jättää myös pois.

Oheiset kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa kek-30 sintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen vaihelu kittu silmukka voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (4)

9 88569

1. Vaihelukittu silmukka koherentin ilmaisimen referenssikantoaallon synnyttämiseksi, joka vaihelukit- 5 tu silmukka käsittää ensimmäisen vaihevertailuvälineen (9), joka vertaa tulevan signaalin estimoitua kantoaaltotaajuutta ja paikallisen referenssikantoaalto-oskillaattorin (11) taajuutta synnyttäen niiden väliseen vaihe-eroon ver-10 rannoilleen säätösignaalin referenssikantoaalto-oskil- laattorin (11) taajuuden säätämiseksi, tunnettu siitä, että referenssikantoaal-to-oskillaattori (11) käsittää vertailuoskillaattorin (1), 15 silmukkaoskillaattorin (5), jonka ulostulotaa- juus on mainittu referenssikantoaalto, toisen vaihevertailijavälineen (2), jonka sisääntuloihin kytketty vertailuoskillaattorin (1) ulostulo ja silmukkaoskillaattorin (5) ulostulo joko suo-20 raan tai taajuusjakajien (7,8) kautta, ja taajuudensäätövälineet (6), jotka vasteena ensimmäisen vaihevertailijavälineen (9) synnyttämälle säätösignaalille säätävät referenssikantoaalto-oskil-laattorin 11 taajuutta säätämällä samanaikaisesti sekä 25 vertailuoskillaattoria (1) että silmukkaoskillaattoria (5) siten, että toisen vaihevertailijavälineen sisääntuloissa esiintyvät taajuudet muuttuvat oleellisesti saman verran ja samaan suuntaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaihelukittu 30 silmukka, tunnettu siitä, että taajuudensäätövälineet (6) muodostavat kaksi säätösignaalia, joista toinen syötetään vertailuoskillaattorille (1) ja toinen summainvälineelle (4) summattavaksi toisen vaihevertailijavälineen (2) ulostulosignaalin kanssa sil- 35 mukkaoskillaattoria (5) ohjaavan summasignaalin muodos- 10 88569 tamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vaihelukittu silmukka, tunnettu siitä, että vertai-luoskillaattorin (1) ulostulotaajuus ja silmukkaoskil- 5 laattorin (5) ulostulotaajuus on johdettu suoraan toiselle vaihevertailijavälineelle (2), ja että säätösig-naalit on mitoitettu aiheuttamaan yhtä suuri muutos kummankin oskillaattorin (1, 5) ulostulotaajuuteen.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vaihelu-10 kittu silmukka, tunnettu siitä, että vertailu- oskillaattorin (1) ulostulotaajuus on jaettu tekijällä R ja silmukkaoskillaattorin (5) ulostulotaajuus on jaettu tekijällä N ennen toiselle vaihevertailijavälineelle (2) syöttämistä, missä N ja R ovat kokonaisluku-15 vakioita, ja että säätösignaalit on mitoitettu siten, että vertailuoskillaattorin (1) ulostulotaajuuden muutoksen suhde silmukkaoskillaattorin (5) ulostulotaajuuden muutokseen on R/N. 11 38569