Die
Erfindung betrifft einen Entfernungssensor für die Entfernungsmessung mittels
frequenzmoduliertem Radar im Dauerstrichbetrieb gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Entfernungsmessung mitttels frequenzmoduliertem Radar im Dauerstrichbetrieb
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 17.The
The invention relates to a distance sensor for distance measurement by means of
Frequency-modulated radar in continuous wave mode according to the preamble
of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method
for distance measurement by means of frequency-modulated radar in continuous wave mode
according to the generic term
of claim 17.
Bei
der Entfernungsmessung mittels frequenzmodulierten Radarsignalen
im Dauerstrichbetrieb wird ein frequenzmoduliertes Sendesignal vom Entfernungssensor
ausgesendet und an einem oder mehreren Zielen reflektiert. Das reflektierte
Empfangssignal wird empfangen und ausgewertet, um so die Entfernung
zu den Zielen zu bestimmen.at
the distance measurement by means of frequency-modulated radar signals
in continuous wave mode, a frequency-modulated transmission signal from the distance sensor
sent out and reflected on one or more targets. That reflected
Received signal is received and evaluated so as to remove the distance
to determine the goals.
Das
Empfangssignal unterliegt in Hinblick auf seine Signalintensität starken
Schwankungen. Beispielsweise kann durch stark reflektierende Störziele eine
sehr hohe Signalstärke
im Empfangszweig des Entfernungssensors hervorgerufen werden. Die hohe
Signalintensität
des Empfangssignals kann dann zu einer Sättigung im Empfangsmischer
führen, was
zur Folge hat, dass die Auswertung des Empfangssignals stark erschwert
oder sogar unmöglich gemacht
wird. Aber auch Nutzziele können
sehr unterschiedliche Reflektivitäten für Radarsignale aufweisen, was
ebenfalls zu einer Sättigung
im Empfangszweig führen
kann.The
Receive signal is strong in terms of its signal intensity
Fluctuations. For example, by highly reflective Störziele a
very high signal strength
be caused in the receiving branch of the distance sensor. The height
signal intensity
of the received signal can then lead to saturation in the receiving mixer
lead what
As a result, the evaluation of the received signal makes it much more difficult
or even impossible
becomes. But also useful goals can
have very different reflectivities for radar signals, what
likewise to a saturation
in the reception branch
can.
Aus
diesen Gründen
muss eine Möglichkeit vorgesehen
werden, die Signalstärke
im Empfangspfad an die jeweilige Messsituation anzupassen.Out
these reasons
there must be a possibility
be the signal strength
in the receive path to the respective measurement situation.
Zur
Lösung
dieses Problems werden Verstärker
mit variabler Verstärkung
oder Sendeleistung eingesetzt, die mittels einer Kettenschaltung
aus einem Verstärker
mit fester Verstärkung
und einem einstellbaren Dämpfungsglied
realisiert sind. Allerdings führt
eine Verringerung der Ausgangsleistung bei einem so aufgebauten
Verstärker
im Allgemeinen nicht zu einer Reduktion des Stromverbrauchs. Alternativ kann
ein dem Empfangsmischer vorgeschaltetes einstellbares Dämpfungsglied
eingesetzt werden, um die Leistung im Empfangszweig adaptiv zu verringern.
Allerdings führt
auch die Dämpfung
der Empfangsleistung nicht zu einer entsprechenden Verringerung
der vom Entfernungssensor aufgenommenen Leistung.to
solution
this problem will be amplifiers
with variable gain
or transmission power used by means of a derailleur
from an amplifier
with fixed gain
and an adjustable attenuator
are realized. However leads
a reduction of the output power in such a constructed
amplifier
generally not to a reduction of power consumption. Alternatively, you can
an adjustable attenuator upstream of the receiving mixer
be used to adaptively reduce the power in the receiving branch.
However leads
also the damping
the reception power does not lead to a corresponding reduction
the power consumed by the distance sensor.
Gerade
dies wäre
aber wichtig, wenn der Entfernungssensor als Feldgerät in der
Prozessmesstechnik eingesetzt wird, denn Feldgeräte unterliegen strengen Anforderungen
in Bezug auf ihre maximale Strom- und Leistungsaufnahme. Gerade
bei Verwendung eines Entfernungssensors als Feldgerät wäre es wünschenswert,
wenn eine Verringerung des Signalpegels im Sende- und/oder Empfangszweig
auch eine entsprechende Verringerung der Leistungsaufnahme zur Folge
hätte.Just
This would be
but important if the distance sensor as a field device in the
Process instrumentation is used, because field devices are subject to strict requirements
in terms of their maximum power and power consumption. Just
when using a distance sensor as a field device, it would be desirable
if a reduction of the signal level in the transmitting and / or receiving branch
also a corresponding reduction in power consumption result
would have.
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Entfernungssensor zur Verfügung zu
stellen, der eine adaptive Anpassung der Leistungsaufnahme an die
jeweilige Messsituation ermöglicht.task
The invention is to provide a distance sensor available
provide an adaptive adaptation of the power consumption to the
respective measurement situation allows.
Gelöst wird
diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 17 angegebenen Merkmale.Is solved
This object is achieved by the features specified in claims 1 and 17.
Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous
Further developments of the invention are specified in the subclaims.
Entsprechend
den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird eine Pulsweitenmodulation des frequenzmodulierten
Sendesignals vorgenommen. Hierzu ist ein Schaltsignalgenerator vorgesehen,
der ein Schaltsignal zur Pulsweitenmodulation des Sendesignals erzeugt,
wobei das Schaltsignal zumindest einen Teil des Sendezweigs periodisch ein- und ausschaltet.
Die Frequenz des Schaltsignals ist dabei höher gewählt als eine Maximalfrequenz
der Zielfrequenzkomponenten im Empfangssignal.Corresponding
the embodiments
The present invention is a pulse width modulation of the frequency modulated
Transmission signal made. For this purpose, a switching signal generator is provided,
which generates a switching signal for pulse width modulation of the transmission signal,
wherein the switching signal periodically switches on and off at least a part of the transmission branch.
The frequency of the switching signal is chosen higher than a maximum frequency
the target frequency components in the received signal.
Mit
Hilfe der Pulsweitenmodulation des Sendesignals kann die mittlere
Leistung des Sendesignals verringert werden. Dadurch verringert
sich entsprechend auch die Leistung im Empfangszweig. Auf diese
Weise kann eine Sättigung
im Empfangszweig, insbesondere im Empfangsmischer, vermieden werden.With
Help the pulse width modulation of the transmission signal, the average
Power of the transmission signal can be reduced. This reduces
Accordingly, the power in the receiving branch. To this
Way can be a saturation
be avoided in the reception branch, in particular in the receiving mixer.
Die
Pulsweitenmodulation des Sendesignals führt zu einer Verringerung der
Leistungsaufnahme des Entfernungssensors. Dies ist insbesondere
von Vorteil, wenn der Entfernungssensor als Feldgerät in der
Prozessmesstechnik eingesetzt wird, denn Feldgeräte unterliegen strengen Anforderungen
hinsichtlich ihres Strom- und Energieverbrauchs. Durch die Pulsweitenmodulation
des Sendesignals wird eine längere
Betriebsdauer bei konstant verfügbarer
Betriebsenergie oder alternativ eine höhere Messrate bei konstant
verfügbarer
Betriebsleistung ermöglicht.The
Pulse width modulation of the transmission signal leads to a reduction of
Power consumption of the distance sensor. This is special
advantageous if the distance sensor as a field device in the
Process instrumentation is used, because field devices are subject to strict requirements
in terms of their electricity and energy consumption. Through the pulse width modulation
the transmission signal is a longer
Operating time with constantly available
Operating energy or alternatively a higher measuring rate at constant
available
Operating power allows.
Die
Pulsweitenmodulation des Sendesignals ermöglicht eine Anpassung der Sendeleistung
an die jeweilige Messsituation. Durch Verändern der Pulsweite kann die
Leistung des Sendesignals eingestellt und an die jeweilige Messsituation
angepasst werden. Beispielsweise kann die Sendeleistung des Sendesignals
an die jeweiligen Reflektivitäten
von Störzielen
und/oder Nutzzielen angepasst werden.The
Pulse width modulation of the transmission signal allows adaptation of the transmission power
to the respective measurement situation. By changing the pulse width, the
Power of the transmitted signal adjusted and to the respective measurement situation
be adjusted. For example, the transmission power of the transmission signal
to the respective reflectivities
of disturbance targets
and / or user goals.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
die Pulsweite des Sendesignals in Abhängigkeit von der Signalstärke im Empfangszweig
geregelt. Wenn die Signalstärke
zu hoch ist, wird die Pulsweite verringert. Wenn die Signalstärke dagegen
zu niedrig ist, wird die Pulsweite erhöht. Durch Regelung der Pulsweite
kann die Signalstärke
im Empfangszweig nach Art eines Regelkreises so geregelt werden, dass
eine adaptive Anpassung an die jeweiligen Reflektivitäten von
Störzielen
und/oder Nutzzielen erfolgt.According to a preferred embodiment, the pulse width of the transmission signal is regulated as a function of the signal strength in the reception branch. If the signal strength is too high, the pulse width will be reduced. If the signal strength is too low, the pulse width is increased. By regulation of Pulse width, the signal strength in the receiving branch in the manner of a control loop can be controlled so that an adaptive adaptation to the respective reflectivities of disturbance targets and / or Nutzzielen takes place.
Nachfolgend
ist die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.following
the invention with reference to several shown in the drawing
embodiments
explained in more detail.
Es
zeigen:It
demonstrate:
1 ein
Blockschaltbild eines Entfernungssensors nach dem FMCW-Prinzip; 1 a block diagram of a distance sensor according to the FMCW principle;
2 den
zeitlichen Verlauf der Frequenz des Sende- und Empfangssignals; 2 the time profile of the frequency of the transmit and receive signal;
3A ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Entfernungssensors mit
pulsweitenmoduliertem Sendesignal; 3A a block diagram of a distance sensor according to the invention with pulse width modulated transmit signal;
3B ein
Schaltsignal für
die Pulsweitenmodulation; 3B a switching signal for the pulse width modulation;
4 den
zeitlichen Verlauf der Frequenz eines pulsweitenmodulierten Sende-
und Empfangssignals; 4 the time profile of the frequency of a pulse width modulated transmit and receive signal;
5 eine Übersicht über die
verschiedenen im Zwischenfrequenzsignal enthaltenen Frequenzkomponenten; 5 an overview of the various frequency components contained in the intermediate frequency signal;
6 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Entfernungssensors,
bei dem eine Bandpassabtastung des Zwischenfrequenzsignals vorgenommen
wird; und 6 a further embodiment of a distance sensor according to the invention, in which a bandpass sampling of the intermediate frequency signal is performed; and
7 eine
alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Entfernungssensors. 7 an alternative embodiment of a distance sensor according to the invention.
Bei
der Entfernungsmessung mittels Radar nach dem FMCW(Frequency-Modulated
Continuous Wave)-Prinzip wird ein frequenzmoduliertes Radarsignal
im Dauerstrichbetrieb ausgesendet und am jeweiligen Ziel reflektiert.
Das reflektierte Signal wird vom Entfernungssensor empfangen und
ausgewertet.at
the distance measurement by radar after the FMCW (Frequency-Modulated
Continuous Wave) principle is a frequency modulated radar signal
emitted in continuous wave mode and reflected on the respective target.
The reflected signal is received by the distance sensor and
evaluated.
1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Entfernungssensors, der nach dem FMCW-Prinzip
arbeitet. Der Sendezweig des Entfernungssensors umfasst einen Signalgenerator 100,
der ein frequenzmoduliertes Signal erzeugt. Das vom Signalgenerator 100 erzeugte
Signal gelangt über
eine Frequenzvervielfachungsstufe 101, in der die Frequenz
des Signals entsprechend einem vorgegebenen Faktor vervielfacht
wird, zu einem Verstärker 102.
Dort wird das Signal verstärkt
und anschließend
einem Sendetor 103 zugeführt. Über das Sendetor 103 wird
das frequenzmodulierte Radar-Sendesignal abgegeben. 1 shows a block diagram of a distance sensor that operates on the FMCW principle. The transmission branch of the distance sensor comprises a signal generator 100 which generates a frequency modulated signal. That from the signal generator 100 generated signal passes through a frequency multiplier stage 101 in which the frequency of the signal is multiplied according to a predetermined factor, to an amplifier 102 , There, the signal is amplified and then a transmission gate 103 fed. About the transmission gate 103 the frequency-modulated radar transmission signal is emitted.
In 2 ist
die Frequenz des erzeugten Sendesignals 200 als Funktion
der Zeit dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Frequenz des
Sendesignals 200 abwechselnd linear ansteigt und wieder
absinkt, so dass sich insgesamt ein dreiecksförmiger Verlauf ergibt. Während einer
ersten Modulationsperiodendauer T0 wird
die Frequenz des Sendesignals linear von der Frequenz f0 auf
die Frequenz f0 + Δf0 erhöht, wobei
die Größe Df0 als Frequenzhub bezeichnet wird. Während einer
darauffolgenden zweiten Modulationsperiodendauer T0 wird
die Frequenz ausgehend von f0 + Df0 wieder linear auf f0 zurückgeführt. Alternativ
zu dem dreiecksförmigen
Verlauf könnte die
Frequenz des Sendesignals auch einen sägezahnförmigen Frequenzverlauf aufweisen.In 2 is the frequency of the generated transmission signal 200. represented as a function of time. It can be seen that the frequency of the transmission signal 200. alternately increases linearly and decreases again, so that overall results in a triangular course. During a first modulation period T 0 , the frequency of the transmission signal is increased linearly from the frequency f 0 to the frequency f 0 + Δf 0 , wherein the quantity Df 0 is referred to as frequency sweep. During a subsequent second modulation period duration T 0 , the frequency is again linearly returned to f 0 , starting from f 0 + Df 0 . As an alternative to the triangular course, the frequency of the transmission signal could also have a sawtooth-shaped frequency response.
Die
Frequenzen von Radar-Sendesignalen bewegen sich beispielsweise im
Bereich von etwa 20 GHz bis 100 GHz. Der Frequenzhub Df0 könnte beispielsweise
einige GHz betragen. Die Modulationsperiodendauer könnte beispielsweise
aus dem Bereich zwischen etwas 0,1 msec und 5 msec gewählt werden.
Diese Angaben dienen lediglich zur Illustration typischer Größenordnungen,
es sind allerdings auch Lösungen
außerhalb
dieser Bereiche möglich.For example, the frequencies of radar broadcast signals range from about 20 GHz to 100 GHz. The frequency deviation Df 0 could be, for example, a few GHz. For example, the modulation period could be selected in the range of between about 0.1 msec and 5 msec. This information serves only to illustrate typical orders of magnitude, but solutions outside these ranges are also possible.
Wie
in 1 gezeigt ist, wird ein Teil des abgestrahlten
Sendesignals durch ein im Abstand R vom Entfernungssensor befindliches
Ziel 104 zum Entfernungssensor zurückreflektiert. Das reflektierte Signal
wird vom Empfangstor 105 des Entfernungssensors empfangen
und einem Empfangsmischer 106 zugeführt. Im Empfangsmischer 106 wird
das Empfangssignal mit dem momentan ausgesendeten Sendesignal gemischt.
Für den
Weg vom Sendetor 103 zum Ziel 104 und zurück zum Empfangstor 105 benötigt das
Radarsignal eine Laufzeit t, die sich darstellen lässt als wobei R den Zielabstand und
c die Lichtgeschwindigkeit bezeichnet.As in 1 is shown, a part of the radiated transmission signal by a distance R located by the distance sensor target 104 reflected back to the distance sensor. The reflected signal is received by the receiving gate 105 of the distance sensor and a reception mixer 106 fed. In the reception mixer 106 the received signal is mixed with the currently transmitted transmission signal. For the way from the transmission gate 103 to the goal 104 and back to the reception gate 105 the radar signal needs a running time t, which can be represented as where R denotes the target distance and c the speed of light.
In 2 ist
zusätzlich
zum Sendesignal 200 auch das um die Laufzeit t zeitversetzte
Empfangssignal 201 eingezeichnet. Während der vom Radarsignal benötigten Laufzeit
t steigt das vom Signalgenerator erzeugte Sendesignal 200 weiter
an, so dass die Frequenz des momentan abgestrahlten Sendesignals
höher ist
als die Frequenz des Empfangssignals. Infolge der Laufzeit t des
Radarsignals ergibt sich daher ein für die Laufzeit t und damit
für die
Zielentfernung charakteristischer Frequenzunterschied zwischen Sende-
und Empfangssignal, der als Zielfrequenz fZiel bezeichnet
wird. Die Zielfrequenz fZiel ist in 2 ebenfalls
eingezeichnet.In 2 is in addition to the transmission signal 200. also the time signal offset by the transit time t 201 located. During the transit time t required by the radar signal, the transmission signal generated by the signal generator increases 200. continue, so that the frequency of the currently transmitted transmission signal is higher than the frequency of the received signal. As a result of the transit time t of the radar signal, a frequency difference between the transmitted and received signal which is characteristic of the transit time t and thus for the target distance, which is referred to as the target frequency f target , results. The target frequency f target is in 2 also marked.
Die
Zielfrequenz fZiel lässt sich aus dem Frequenzhub
Df0 und der Modulationsperiodendauer T0 des Sendesignals und aus der Laufzeit t
herleiten. Die Zielfrequenz fZiel ergibt
sich zu The target frequency f target can be derived from the frequency deviation Df 0 and the modulation period T 0 of the transmission signal and from the transit time t. The target frequency f target results to
Da
die Größen Df0, T0, c konstant
sind, ergibt sich eine direkte Proportionalität zwischen der Zielfrequenz
fZiel. und der zugehörigen Zielentfernung R. Das
vom Empfangsmischer 106 in 1 erzeugte Mischersignal 107 enthält daher
Zielfrequenzkomponenten zu einem oder mehreren Zielen, aus denen sich
jeweils die zugehörigen
Zielentfernungen bestimmen lassen.Since the quantities Df 0 , T 0 , c are constant, there is a direct proportionality between the target frequency f target . and the associated target distance R. The from the receiving mixer 106 in 1 generated mixer signal 107 Therefore contains target frequency components to one or more targets, from which each can determine the associated target distances.
Das
Mischersignal 107 wird durch einen Abtasttiefpass 108 gefiltert,
welcher Frequenzkomponenten oberhalb einer Grenzfrequenz unterdrückt. Durch
den Abtasttiefpass 108 wird die Bandbreite des Mischersignals 107 vor
der Digitalisierung begrenzt. Außerdem wird durch die Grenzfrequenz
eine maximale Zielentfernung Rmax festgelegt.
Das tiefpassgefilterte Mischersignal wird durch einen Analog-Digital-Wandler 109 abgetastet
und digitalisiert. Die so erhaltenen Abtastwerte werden der digitalen Signalverarbeitungseinheit 110 zur
Auswertung zugeführt,
welche die im Mischersignal enthaltenen Zielfrequenzkomponenten
bestimmt. Vorzugsweise führt
die digitale Signalverarbeitungseinheit 110 eine Fouriertransformation
(Fast Fourier Transform, FFT) der Abtastwerte durch, wobei aus den
Peaks des Fourierspektrums dann unmittelbar die Zielentfernungen
bestimmt werden können.The mixer signal 107 is passed through a sampling lowpass 108 filtered, which suppresses frequency components above a cutoff frequency. Through the sampling low pass 108 becomes the bandwidth of the mixer signal 107 limited before digitization. In addition, a maximum target distance R max is determined by the cutoff frequency. The low-pass filtered mixer signal is provided by an analog-to-digital converter 109 sampled and digitized. The samples thus obtained become the digital signal processing unit 110 fed to the evaluation, which determines the target frequency components contained in the mixer signal. Preferably, the digital signal processing unit leads 110 a Fourier transform (FFT) of the samples, wherein from the peaks of the Fourier spectrum then directly the target distances can be determined.
In
Entfernungssensoren, die nach dem Prinzip des FMCW-Radars arbeiten,
kommt es zu starken Schwankungen der Empfangsleistung im Empfangszweig.
Wenn die Empfangsleistung im Empfangszweig zu groß wird,
kommt es zu einer Sättigung
im Empfangsmischer 106, welche eine genaue Auswertung des
Mischersignals 107 unmöglich macht.
Eine derartige Empfangssättigung
kann beispielsweise durch ein von einem Störziel verursachtes starkes
Störsignal
verursacht werden. Darüber
hinaus gibt es auch bei den Nutzzielen starke Unterschiede in der
jeweiligen Reflektivität.
Es ist daher notwendig, die Empfangsleistung im Empfangszweig an
die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen. Dies kann beispielsweise
durch eine Anpassung der Sendeleistung im Sendezweig oder mit Hilfe
eines einstellbaren Dämpfungsglied
im Empfangszweig vor dem Mischereingang geschehen.In distance sensors that operate on the principle of FMCW radar, there are strong fluctuations in the reception power in the reception branch. If the reception power in the reception branch becomes too large, saturation occurs in the reception mixer 106 which provides an accurate evaluation of the mixer signal 107 impossible. Such a reception saturation may be caused by, for example, a strong noise caused by a noise target. In addition, there are also strong differences in the reflectivity of the user targets. It is therefore necessary to adapt the received power in the reception branch to the respective conditions. This can be done, for example, by adjusting the transmission power in the transmitting branch or by means of an adjustable attenuator in the receiving branch before the mixer input.
Entfernungssensoren
der in 1 gezeigten Art können beispielsweise als Füllstandsmesssensoren
in der Prozessmesstechnik eingesetzt werden, welche den Abstand
zu einer Flüssigkeitsoberfläche in einem
Behälter
bestimmen. Für
alle Feldgeräte, die
unter anderem auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt
werden, gibt es strenge Restriktionen im Hinblick auf den maximal
aufgenommenen Strom und die maximal aufgenommene Leistung. Vor diesem
Hintergrund wäre
es wünschenswert,
wenn eine dynamische Anpassung der Sendeleistung im Sendezweig dann
auch zu einer entsprechenden Verringerung der Leistungsaufnahme
des Feldgeräts
führen
würde.Distance sensors of in 1 The type shown can be used for example as level measuring sensors in process measurement, which determine the distance to a liquid surface in a container. For all field devices that are also used in potentially explosive areas, there are strict restrictions with regard to the maximum current consumed and the maximum power consumed. Against this background, it would be desirable if a dynamic adaptation of the transmission power in the transmitting branch would then also lead to a corresponding reduction in the power consumption of the field device.
In 3A ist
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Entfernungssensors
gezeigt, in der eine Pulsweitenmodulation des Sendesignals vorgenommen
wird. Mit Hilfe einer derartigen Pulsweitenmodulation des Sendesignals
wird eine adaptive Anpassung der Sendeleistung sowie eine damit einhergehende
Verringerung des Energieverbrauchs des Entfernungssensors ermöglicht.In 3A an embodiment of a distance sensor according to the invention is shown, in which a pulse width modulation of the transmission signal is made. With the aid of such a pulse width modulation of the transmission signal, an adaptive adaptation of the transmission power as well as a concomitant reduction in the energy consumption of the distance sensor is made possible.
Der
Sendezweig des in 3A gezeigten Entfernungssensors
umfasst einen Signalgenerator 300, welcher ein frequenzmoduliertes
Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz entsprechend einem dreieckförmigen oder
sägezahnförmigen Frequenzverlauf
periodisch variiert wird. Die Frequenz des vom Signalgenerator 300 erzeugten
Signals wird durch eine Frequenzvervielfachungsstufe 301 gemäß einem
festgelegten Faktor vervielfacht, welcher beispielsweise zwischen
2 und 8 liegen kann. Anschließend
wird das Signal durch den Verstärker 302 verstärkt. Das
verstärkte
Sendesignal wird dem Sendetor 303 zugeführt und abgegeben. Außerdem wird das
Sendesignal dem Empfangsmischer 304 zugeführt.The transmission branch of in 3A The distance sensor shown comprises a signal generator 300 which generates a frequency-modulated output signal whose frequency is periodically varied according to a triangular or sawtooth waveform. The frequency of the signal generator 300 generated signal is passed through a frequency multiplier stage 301 multiplied according to a fixed factor, which may for example be between 2 and 8. Then the signal goes through the amplifier 302 strengthened. The amplified transmission signal becomes the transmission gate 303 fed and delivered. In addition, the transmission signal becomes the reception mixer 304 fed.
Zur
flexiblen Anpassung der mittleren Sendeleistung an die jeweiligen
Erfordernisse wird bei der in 3A gezeigten
Ausführungsform
eine Pulsweitenmodulation des Sendesignals vorgenommen. Hierzu ist
ein Schaltsignalgenerator 305 vorgesehen, der ein Schaltsignal 306 der
Frequenz fSchalt mit einstellbarer Pulsweite
erzeugt. In 3B ist das Schaltsignal 306 mit
seiner Einschaltphase 307 und Ausschaltphase 308 dargestellt.
Das Pulsweitenverhältnis,
also das Verhältnis
der Einschaltphase 307 zur Ausschaltphase 308,
kann vom Schaltsignalgenerator 305 kontinuierlich oder
in Stufen variiert werden. Das Schaltsignal 306 wird der
Frequenzvervielfachungsstufe 301 sowie dem Verstärker 302 zugeführt und
schaltet diese Elemente des Sendezweigs periodisch ein und aus.
Die Frequenzvervielfachungsstufe 301 und/oder der Verstärker 302 können beispielsweise
als integrierte oder diskrete Schaltungen unter Verwendung von Feldeffekttransistoren realisiert
sein, wobei das An- und Ausschalten durch Verändern der Spannungen an den
Gate-Anschlüssen
der Feldeffekttransistoren erfolgt. Der Signalgenerator 300 bleibt
vorzugsweise ständig
eingeschaltet, weil ein Aus- und Einschalten des Signalgenerators 300 jeweils
mit einem Einschwingvorgang verbunden wäre. Durch das periodische Ein-
und Ausschalten von Teilen des Sendezweigs wird ein pulsweitenmoduliertes
Sendesignal erzeugt, dessen mittlere Leistung durch Verändern der
Pulsweite des Schaltsignals 306 eingestellt werden kann.
Auf diese Weise kann die mittlere Sendeleistung des Sendesignals
und damit auch die Signalstärke
des Empfangssignals im Empfangszweig variiert werden, um so ein Übersteuern
im Empfangszweig zu vermeiden.For flexible adaptation of the average transmission power to the respective requirements is in the in 3A shown embodiment, carried out a pulse width modulation of the transmission signal. For this purpose, a switching signal generator 305 provided, which is a switching signal 306 the frequency f switching with adjustable pulse width generated. In 3B is the switching signal 306 with its switch-on phase 307 and off phase 308 shown. The pulse width ratio, ie the ratio of the switch-on phase 307 to the switch-off phase 308 , can from the switching signal generator 305 be varied continuously or in stages. The switching signal 306 becomes the frequency multiplier stage 301 as well as the amplifier 302 supplied and switches these elements of the transmission branch periodically on and off. The frequency multiplier stage 301 and / or the amplifier 302 For example, they may be implemented as integrated or discrete circuits using field effect transistors, the switching on and off being done by varying the voltages at the gate terminals of the field effect transistors. The signal generator 300 preferably remains switched on constantly, because an off and on of the signal generator 300 each with a transient ver would be tied. By the periodic switching on and off of parts of the transmission branch, a pulse-width-modulated transmission signal is generated whose average power is achieved by changing the pulse width of the switching signal 306 can be adjusted. In this way, the average transmission power of the transmission signal and thus also the signal strength of the received signal can be varied in the receiving branch, so as to avoid overdriving in the receiving branch.
Die
Schaltfrequenz fSchalt des Schaltsignals 306 sollte
deutlich höher
gewählt
werden als die maximale Zielfrequenzkomponente, die bei der jeweiligen
Anwendung auftritt. Typischerweise liegen die höchsten Zielfrequenzkomponenten
im Bereich von 1 bis 2 MHz, so dass die Schaltfrequenz des Schaltsignals 306 beispielsweise
zu 10 MHz oder 12,5 MHz gewählt
werden könnte.
Die Schaltfrequenz des Schaltsignals 306 sollte außerdem deutlich
kleiner sein als die Frequenz des Radar-Sendesignals, welche sich
typischerweise im Bereich zwischen 20 GHz und 100 GHz bewegt.The switching frequency f switching of the switching signal 306 should be much higher than the maximum target frequency component that occurs in the particular application. Typically, the highest target frequency components are in the range of 1 to 2 MHz, such that the switching frequency of the switching signal 306 for example, to 10 MHz or 12.5 MHz could be selected. The switching frequency of the switching signal 306 should also be significantly smaller than the frequency of the radar transmit signal, which typically ranges between 20 GHz and 100 GHz.
Bei
der Pulsweitenmodulation des Sendesignals durch das Schaltsignal 306 entstehen
zusätzlich zu
dem eigentlichen Trägersignal
zwei Seitenbänder oberhalb
und unterhalb des Trägersignals,
und zwar jeweils im Abstand der Schaltfrequenz fSchalt.
Insofern gibt es drei zueinander parallel verlaufende Frequenzrampen
des Sendesignals und deshalb auch drei zeitlich um die Laufzeit
t versetzte Frequenzrampen im Empfangssignal.In the pulse width modulation of the transmission signal by the switching signal 306 arise in addition to the actual carrier signal two sidebands above and below the carrier signal, in each case at a distance of the switching frequency f switching . In this respect, there are three mutually parallel frequency ramps of the transmission signal and therefore also three temporally offset by the transit time t frequency ramps in the received signal.
In 4 sind
einige dieser Frequenzrampen als Funktion der Zeit dargestellt.
Aus Gründen
der Übersicht
wurden die Seitenbänder
des Sendesignals weggelassen; dargestellt ist lediglich der Träger 400 des
Sendesignals ohne die beiden Seitenbänder. Im Hinblick auf das Empfangssignal
sind sowohl der Träger 401 als
auch die beiden Seitenbänder 402 und 403 des
Empfangssignals gezeigt. Infolge der Pulsweitenmodulation mit der
Schaltfrequenz fSchalt ist das untere Seitenband 402 gegenüber dem
Träger 401 um
fSchalt nach unten verschoben, während das obere
Seitenband 403 um fSchalt nach
oben versetzt ist.In 4 some of these frequency ramps are shown as a function of time. For clarity, the sidebands of the transmit signal have been omitted; only the carrier is shown 400 the transmission signal without the two sidebands. With regard to the received signal, both the carrier 401 as well as the two sidebands 402 and 403 of the received signal. As a result of the pulse width modulation with the switching frequency f switching is the lower sideband 402 opposite the carrier 401 shifted by f switching down while the upper sideband 403 shifted by f switching upwards.
In
dem in 3A gezeigten Empfangsmischer 304 wird
das über
das Empfangstor 309 aufgefangene Empfangssignal mit dem
momentanen Sendesignal gemischt, und es entsteht ein Zwischenfrequenzsignal 310.
Das Zwischenfrequenzsignal 310 enthält eine Mehrzahl von verschiedenen
Frequenzkomponenten. So ergibt sich aus der Mischung des Trägers 400 des
Sendesignals mit dem oberen Seitenband 403 des Empfangssignals
eine Frequenzkomponente bei der Frequenz fSchalt – fZiel. Entsprechend ergibt sich aus der Mischung
des Trägers 400 des
Sendesignals mit dem unteren Seitenband 402 des Empfangssignals
eine Frequenzkomponente bei der Frequenz fSchalt +
fZiel. Außerdem enthält das Zwischenfrequenzsignal 310 eine
Frequenzkomponente der Frequenz f, welche sich aus der Differenz
zwischen dem Träger 400 des
Sendesignals und dem Träger 401 des
Empfangssignals ergibt.In the in 3A shown receiving mixer 304 will that be over the receiving gate 309 intercepted received signal mixed with the current transmission signal, and there is an intermediate frequency signal 310 , The intermediate frequency signal 310 contains a plurality of different frequency components. This results from the mixture of the carrier 400 the transmission signal with the upper sideband 403 of the received signal, a frequency component at the frequency f switching - f destination . Accordingly, it results from the mixture of the carrier 400 the transmission signal with the lower sideband 402 of the received signal, a frequency component at the frequency f switching + f destination . It also contains the intermediate frequency signal 310 a frequency component of the frequency f, which is the difference between the carrier 400 the transmission signal and the carrier 401 of the received signal.
In 5 sind
verschiedene bei der Mischung des pulsweitenmodulierten Sendesignals
mit dem zugehörigen
Empfangssignal entstehende Frequenzkomponenten 500, 501 und 502 dargestellt. Die
Frequenzkomponente 500 befindet sich bei der Zielfrequenz
fZiel, die Frequenzkomponente 501 erscheint
bei der Frequenz fSchalt – fZiel, und die Frequenzkomponente 502 befindet
sich bei der Frequenz fSchalt + fZiel. Die Schaltfrequenz fSchalt ist
in 5 als gestrichelte Linie eingezeichnet. Zusätzlich ist
in 5 auch der Radarfrequenzbereich 503 des
Trägers
des Sendesignals dargestellt, der sich von der Frequenz f0 bis zur Frequenz f0 +
Df0 erstreckt.In 5 are different in the mixing of the pulse width modulated transmit signal with the associated received signal resulting frequency components 500 . 501 and 502 shown. The frequency component 500 is located at the target frequency f target , the frequency component 501 appears at the frequency f switching - f target , and the frequency component 502 is at the frequency f shift + f destination . The switching frequency f switching is in 5 drawn as a dashed line. Additionally is in 5 also the radar frequency range 503 the carrier of the transmission signal, which extends from the frequency f 0 to the frequency f 0 + Df 0 .
Zur
weiteren Auswertung der Zielfrequenzkomponenten wird der Frequenzbereich
um die Frequenzkomponente 502 mit Hilfe des in 3A gezeigten
Zwischenfrequenzfilters 311 aus dem Zwischenfrequenzsignal 310 herausgefiltert.
Bei dem Zwischenfrequenzfilter 311 handelt es sich um einen Bandpassfilter
mit einem Durchlassbereich oberhalb der Schaltfrequenz fSchalt. Beispielsweise kann der Zwischenfrequenzfilter 311 die
in 5 eingezeichnete Filtercharakteristik 504 aufweisen,
welche unter anderem die Frequenzkomponente 502 umfasst.
Bei einer Schaltfrequenz von beispielsweise 12,5 MHz könnte sich
der Durchlassbereich des Zwischenfrequenzfilters 309 beispielsweise
von 12,6 MHz bis 15 MHz erstrecken.For further evaluation of the target frequency components, the frequency range becomes the frequency component 502 with the help of in 3A shown intermediate frequency filter 311 from the intermediate frequency signal 310 filtered out. In the intermediate frequency filter 311 it is a bandpass filter with a passband above the switching frequency f switching . For example, the intermediate frequency filter 311 in the 5 drawn filter characteristic 504 which, inter alia, the frequency component 502 includes. At a switching frequency of, for example, 12.5 MHz, the passband of the intermediate frequency filter could 309 for example, from 12.6 MHz to 15 MHz.
Das
bandpassgefilterte Zwischenfrequenzsignal wird anschließend durch
den Zwischenfrequenzverstärker 312 verstärkt. Da
sowohl das Zwischenfrequenzfilter 311 als auch der Zwischenfrequenzverstärker 312 lediglich
in einem relativ schmalen Frequenzbereich oberhalb der Schaltfrequenz fSchalt operieren, ergeben sich sowohl für den Zwischenfrequenzfilter 311 als
auch für
den Zwischenfrequenzverstärker 312 Implementierungsvorteile
gegenüber
Filtern und Verstärkern,
die im Basisband arbeiten.The bandpass filtered intermediate frequency signal is then passed through the intermediate frequency amplifier 312 strengthened. Because both the intermediate frequency filter 311 as well as the intermediate frequency amplifier 312 operate only in a relatively narrow frequency range above the switching frequency f switching , resulting both for the intermediate frequency filter 311 as well as for the intermediate frequency amplifier 312 Implementation advantages over filters and amplifiers that work in baseband.
Zur
weiteren Auswertung des Zwischenfrequenzsignals umfasst die in 3A gezeigte
Ausführungsform
einen Zwischenfrequenzmischer 313, der das bandpassgefilterte
und verstärkte
Zwischenfrequenzsignal mit Hilfe des Schaltsignals 306 oder eines
davon abgeleiteten Signals in das Basisband heruntermischt. Das
so erhaltene Basisbandsignal 314 wird anschließend durch
den Abtasttiefpass 315 tiefpassgefiltert und vom Analog-Digital-Wandler 316 abgetastet
und digitalisiert. Die so erhaltene Folge von digitalen Abtastwerten
wird in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 317 ausgewertet.
Zur Ermittlung der im Empfangssignal enthaltenen Zielfrequenzkomponenten
wird vorzugsweise eine Fouriertransformation durchgeführt.For further evaluation of the intermediate frequency signal, the in 3A embodiment shown an intermediate frequency mixer 313 , the bandpass filtered and amplified intermediate frequency signal by means of the switching signal 306 or down-converts a derived signal to baseband. The baseband signal thus obtained 314 is then passed through the sampling low pass 315 low-pass filtered and from the analog-to-digital converter 316 sampled and digitized. The sequence of digital samples thus obtained is stored in the digital sig nalverarbeitungseinheit 317 evaluated. In order to determine the target frequency components contained in the received signal, a Fourier transformation is preferably carried out.
Darüber hinaus
kann anhand der Folge digitaler Abtastwerte die Signalstärke des
Empfangssignals im Empfangszweig beurteilt werden. Insofern können die
digitalisierten Abtastwerte des Basisbandsignals als Ausgangspunkt
für eine
Regelung der mittleren Sendestärke
im Sendezweig dienen. Die Regelung der Sendestärke erfolgt nach Art eines Regelkreises,
wobei die Abtastwerte als Messgröße für die Leistung
im Empfangszweig verwendet werden. Wenn die Leistung im Empfangszweig
zu gering ist, dann übermittelt
die digitale Signalverarbeitungseinheit 317 ein geeignetes
Steuersignal 318 an den Schaltsignalgenerator 305,
welches die Pulsweite des Schaltsignals 306 verlängert. Auf
diese Weise wird die mittlere Sendeleistung des Sendesignals erhöht, was
dann auch einen entsprechenden Anstieg der Leistung im Empfangszweig
zur Folge hat. Wenn die Leistung im Empfangszweig dagegen zu hoch
ist und die Gefahr einer Übersteuerung
im Empfangsmischer 304 besteht, dann wird die mittlere
Sendeleistung verringert. In diesem Fall übermittelt die digitale Signalverarbeitungseinheit 317 ein
Steuersignal 318 an den Schaltsignalgenerator 305,
welches die Pulsweite des Schaltsignals 306 verringert.
Infolge der verringerten Pulsweite sinkt die mittlere Sendeleistung,
und auch die Signalstärke
im Empfangszweig wird verringert. Durch dieses Regelkreisverhalten
ist eine dynamische Anpassung der Pulsweite und damit der mittleren
Sendeleistung an die jeweiligen Reflektivitäten der Stör- und Nutzziele möglich.In addition, based on the sequence of digital samples, the signal strength of the received signal can be assessed in the receiving branch. In this respect, the digitized samples of the baseband signal can serve as a starting point for a regulation of the mean transmission strength in the transmission branch. The control of the transmission strength takes place in the manner of a control loop, wherein the samples are used as a measure of the power in the reception branch. If the power in the receive branch is too low, then the digital signal processing unit transmits 317 a suitable control signal 318 to the switching signal generator 305 , which is the pulse width of the switching signal 306 extended. In this way, the average transmission power of the transmission signal is increased, which then also has a corresponding increase in power in the reception branch result. On the other hand, if the power in the receiving branch is too high and there is a risk of overload in the receiving mixer 304 exists, then the average transmission power is reduced. In this case, the digital signal processing unit transmits 317 a control signal 318 to the switching signal generator 305 , which is the pulse width of the switching signal 306 reduced. Due to the reduced pulse width, the average transmission power decreases, and the signal strength in the receiving branch is reduced. By this control loop behavior, a dynamic adjustment of the pulse width and thus the average transmission power to the respective reflectivities of the disturbance and utility targets is possible.
Eine
Regelung der Leistung mit Hilfe der Pulsweitenmodulation hat insbesondere
den Vorteil, dass eine Verringerung der Pulsweite unmittelbar zu einer
Verringerung der Leistungsaufnahme im Sendezweig und somit zu einer
Energieeinsparung führt. Dies
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der erfindungsgemäße Entfernungssensor
als Feldgerät
in der Prozessmesstechnik eingesetzt wird. Infolge der verringerten
Leistungsaufnahme wird eine längere Betriebsdauer
bei konstant verfügbarer
Betriebsenergie oder alternativ dazu eine höhere Messrate bei konstant
verfügbarer
Betriebsleistung ermöglicht.A
Control of the power by means of the pulse width modulation has in particular
the advantage that a reduction in the pulse width directly to a
Reduction of power consumption in the transmitting branch and thus to one
Energy saving leads. This
is particularly advantageous if the distance sensor according to the invention
as a field device
used in process measuring technology. As a result of the reduced
Power consumption will last longer
at constantly available
Operating energy or alternatively a higher measuring rate at constant
available
Operating power allows.
Bei
der in 3A gezeigten Ausführungsform
wird zur Regelung der Pulsweite das Signal im Empfangszweig digitalisiert
und durch die digitale Signalverarbeitungseinheit 317 ausgewertet.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit 317 ist bei dieser Ausführungsform
sowohl für
die Bestimmung der Zielfrequenzkomponenten im Empfangssignal als auch
für die
Bestimmung der Empfangsleistung zuständig. Alternativ dazu könnte zur
Regelung der Pulsweite des Schaltsignals auch eine separate analoge
Regeleinrichtung vorgesehen sein, welche ausgehend von der Empfangsleistung
im Empfangspfad ein Steuersignal zur Einstellung der Pulsweite erzeugt.
Die Verwendung einer analogen Regeleinrichtung hätte den Vorteil, dass die Regelung
der Pulsweite schneller und mit geringerer Verzögerung erfolgen könnte.At the in 3A In the embodiment shown, the signal is digitized in the receiving branch to regulate the pulse width and transmitted by the digital signal processing unit 317 evaluated. The digital signal processing unit 317 In this embodiment, it is responsible for the determination of the target frequency components in the received signal as well as for the determination of the received power. Alternatively, a separate analog control device could be provided to control the pulse width of the switching signal, which generates a control signal for adjusting the pulse width, starting from the received power in the receiving path. The use of an analog control device would have the advantage that the control of the pulse width could be faster and with less delay.
Eine
derartige analoge Regeleinrichtung könnte die für die Regelung der Pulsweite
benötige Information über die
Empfangsstärke
im Empfangszweig beispielsweise aus dem Zwischenfrequenzsignal am
Ausgang des Empfangsmischers oder aus dem Basisbandsignal am Ausgang
des Zwischenfrequenzmischers erhalten. Die Leistungsinformation über das
Empfangssignals könnte
beispielsweise aus Veränderungen
der Arbeitspunktströme
oder -spannungen der Dioden des Empfangsmischers gewonnen werden.
Eine weitere Möglichkeit
wäre, einen
Leistungsaufnehmer im Empfangszweig vorzusehen, welcher einen für die Signalstärke des
Empfangssignals repräsentativen
Messwert liefert, der dann als Ausgangspunkt für die Regelung der Pulsweite
verwendet wird.A
Such analog control device could be the one for the regulation of the pulse width
need information about the
Signal strength
in the reception branch, for example, from the intermediate frequency signal on
Output of the receive mixer or from the baseband signal at the output
of the intermediate frequency mixer. The performance information about the
Reception signal could
for example, from changes
the operating point currents
or voltages of the diodes of the receiving mixer are obtained.
One more way
would be, one
Provide power in the receiving branch, which one for the signal strength of
Reception signal representative
Measured value, which then serves as a starting point for the control of the pulse width
is used.
In 6 ist
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Entfernungssensors
dargestellt. Wie bei dem in 3A gezeigten
Ausführungsbeispiel
erzeugt ein Signalgenerator 600 ein frequenzmoduliertes
Signal, das durch eine Frequenzvervielfachungsstufe 601 und
einen Verstärker 602 in ein
Radar-Sendesignal 603 umgesetzt wird, das am Sendetor 604 abgegeben
wird. Zur Pulsweitenmodulation des Sendesignals 603 ist
ein Schaltsignalgenerator 605 vorgesehen, dessen Schaltsignal 606 sowohl
die Frequenzvervielfachungsstufe 601 als auch den Verstärker 602 periodisch
ein- und ausschaltet, wobei die mittlere Sendeleistung im Sendezweig durch
Variieren des Pulsweitenverhältnisses
des Schaltsignals 606 eingestellt werden kann. Das an einem
oder mehreren Zielen reflektierte Radar-Empfangssignal wird über das
Empfangstor 607 dem Empfangsmischer 608 zugeführt. Im
Empfangsmischer 608 wird das Radar-Empfangssignal mit dem momentanen
Sendesignal 603 gemischt, um auf diese Weise ein Zwischenfrequenzsignal 609 zu
erzeugen. Das Zwischenfrequenzsignal 609 wird durch das
Zwischenfrequenzfilter 610 bandpassgefiltert, wobei aus
dem Zwischenfrequenzsignal 609 ein Frequenzbereich oberhalb
der Schaltfrequenz herausgefiltert wird. Dieser Frequenzbereich
wird durch den nachfolgenden Zwischenfrequenzverstärker 611 verstärkt.In 6 a further embodiment of a distance sensor according to the invention is shown. As with the in 3A embodiment shown generates a signal generator 600 a frequency modulated signal through a frequency multiplier stage 601 and an amplifier 602 in a radar transmission signal 603 is implemented, the sender 604 is delivered. For pulse width modulation of the transmission signal 603 is a switching signal generator 605 provided, whose switching signal 606 both the frequency multiplier stage 601 as well as the amplifier 602 periodically on and off, wherein the average transmission power in the transmitting branch by varying the pulse width ratio of the switching signal 606 can be adjusted. The radar received signal reflected at one or more targets is transmitted via the receiving port 607 the reception mixer 608 fed. In the reception mixer 608 becomes the radar receive signal with the current transmit signal 603 mixed to give an intermediate frequency signal in this way 609 to create. The intermediate frequency signal 609 is through the intermediate frequency filter 610 bandpass filtered, taking from the intermediate frequency signal 609 a frequency range above the switching frequency is filtered out. This frequency range is determined by the following intermediate frequency amplifier 611 strengthened.
Im
Unterschied zu der in 3A gezeigten Ausführungsform
wird das bandpassgefilterte Zwischenfrequenzsignal jetzt jedoch
nicht ins Basisband heruntergemischt. Anstatt dessen wird eine sogenannte
Bandpassunterabtastung durchgeführt,
wobei das bandpassgefilterte Zwischenfrequenzsignal unmittelbar
durch den Analog-Digital-Wandler 612 abgetastet wird. Dabei
ist die Abtastrate so gewählt, dass
die Zielfrequenzkomponenten als Spiegelfrequenzen genau im gewünschten
Niederfrequenzbereich liegen. Insofern kann man mit einer derartigen Bandpassunterabtastung
die Funktionalität
eines digitalen Abwärtsmischers
ersetzen. Dabei ist es wichtig, dass das Zwischenfrequenzsignal
vor der Unterabtastung durch das Zwischenfrequenzfilter 610 bandbegrenzt
wird. Die so erhaltenen digitalisierten Abtastwerte werden der digitalen
Signalverarbeitungseinheit 613 zugeführt, welche die im Empfangssignal
enthaltenen Zielfrequenzkomponenten ermittelt. Außerdem erzeugt
die digitale Signalverarbeitungseinheit 613 ausgehend von
der Signalstärke des
digitalisierten Empfangssignals ein Steuersignal 614, das
dem Schaltsignalgenerator 605 zugeführt wird. Die Pulsweite des
Schaltsignals 606 wird dann durch den Schaltsignalgenerator 605 entsprechend dem
Steuersignal 614 eingestellt.Unlike the in 3A In the embodiment shown, however, the band-pass filtered intermediate frequency signal is now not down-converted to baseband. Instead, a so-called bandpass subsampling is performed, wherein the bandpass filtered intermediate frequency signal is passed directly through the analog-to-digital converter 612 is scanned. The sampling rate is chosen so that the target frequency components as mirror frequencies are exactly in the desired low frequency range. As such, one can replace the functionality of a digital down-converter with such a bandpass subsampling. It is important that the intermediate frequency signal before subsampling by the intermediate frequency filter 610 is band limited. The digitized samples thus obtained become the digital signal processing unit 613 supplied, which determines the target frequency components contained in the received signal. In addition, the digital signal processing unit generates 613 based on the signal strength of the digitized received signal, a control signal 614 that is the switching signal generator 605 is supplied. The pulse width of the switching signal 606 is then through the switching signal generator 605 according to the control signal 614 set.
In 7 ist
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Entfernungssensors
gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
erzeugt ein Signalgenerator 700 ein frequenzmoduliertes
Ausgangssignal, dessen Frequenz durch eine Frequenzvervielfachungsstufe 701 um
einen vorgegebenen Faktor erhöht
wird. Im Unterschied zu den bisher diskutierten Ausführungsformen
wird der Signalpfad bereits nach der Frequenzvervielfachungsstufe 701 in
einen Sendesignalpfad und einen Empfangsmischerpfad aufgeteilt,
wobei jeder der beiden Signalpfade einen separaten Verstärker 702, 703 aufweist.
Das vom Verstärker 702 verstärkte Sendesignal
wird über
das Sendetor 704 abgegeben, während das vom Verstärker 703 verstärkte Signal
dem Empfangsmischer 705 zugeführt wird. Beide Verstärker 702, 703 werden durch
Schaltsignale 706, 707 periodisch ein- und ausgeschaltet.
Das Schaltsignal 706 wird durch den Schaltsignalgenerator 708 erzeugt.
Das Schaltsignal 707 wird mittels eines Verzögerungsglieds 709 aus dem
Schaltsignal 706 abgeleitet und ist deshalb gegenüber dem
Schaltsignal 706 geringfügig in der Phase verschoben.
Das Verzögerungsglied 709 kann beispielsweise
mit Hilfe eines Laufzeitgatters realisiert sein. Wenn das am Empfangstor 710 eintreffende
Radar-Empfangssignal im Empfangsmischer 705 mit dem leicht
verzögerten
momentanen Sendesignal gemischt wird, dann ist durch diese zeitliche
Verzögerung
sichergestellt, dass die Anschaltphase des Empfangssignals noch
mit der Anschaltphase des Sendesignals überlappt. Darüber hinaus
können
mit Hilfe einer geeignet gewählten
Verzögerung
die Radarantworten von Fehlzielen im Nahbereich teilweise unterdrückt werden.In 7 a further embodiment of a distance sensor according to the invention is shown. In this embodiment, a signal generator generates 700 a frequency modulated output signal whose frequency is passed through a frequency multiplier stage 701 is increased by a predetermined factor. In contrast to the previously discussed embodiments, the signal path already becomes after the frequency multiplier stage 701 divided into a transmit signal path and a receive mixer path, each of the two signal paths having a separate amplifier 702 . 703 having. That from the amplifier 702 amplified transmission signal is transmitted via the transmission gate 704 delivered while the amplifier 703 amplified signal to the receiving mixer 705 is supplied. Both amplifiers 702 . 703 be through switching signals 706 . 707 periodically switched on and off. The switching signal 706 is by the switching signal generator 708 generated. The switching signal 707 is by means of a delay element 709 from the switching signal 706 is derived and is therefore opposite the switching signal 706 slightly shifted in phase. The delay element 709 can be realized for example with the aid of a runtime gate. If that at the reception gate 710 incoming radar receive signal in the receive mixer 705 is mixed with the slightly delayed current transmission signal, then it is ensured by this time delay that the turn-on phase of the received signal is still overlapping with the turn-on phase of the transmission signal. In addition, with the aid of a suitably chosen delay, the radar responses of short-range target can be partially suppressed.
Die
weitere Auswertung des vom Empfangsmischer 705 erzeugten
Zwischenfrequenzsignals 711 erfolgt wie bei dem in 3A gezeigten
Ausführungsbeispiel.
Das Zwischenfrequenzsignal 711 wird zunächst durch den Zwischenfrequenzfilter 712 bandpassgefiltert
und durch den Zwischenfrequenzverstärker 713 verstärkt. Im
Zwischenfrequenzmischer 714 wird das Zwischenfrequenzsignal
mit Hilfe des Schaltsignals 706 in das Basisband heruntergemischt,
und das so erzeugte Basisbandsignal wird durch den Abtasttiefpass 715 gefiltert
und vom Analog-Digital-Wandler 716 digitalisiert. In der
digitalen Signalverarbeitungseinheit 717 wird das digitalisierte Basisbandsignal
ausgewertet, und es wird ein Steuersignal 718 für den Schaltsignalgenerator 708 erzeugt,
welches die Pulsweite des Schaltsignals 706 steuert.Further evaluation of the reception mixer 705 generated intermediate frequency signal 711 takes place as in the 3A shown embodiment. The intermediate frequency signal 711 is first through the intermediate frequency filter 712 bandpass filtered and through the intermediate frequency amplifier 713 strengthened. In the intermediate frequency mixer 714 becomes the intermediate frequency signal by means of the switching signal 706 is downsampled to the baseband, and the baseband signal thus generated is passed through the sample lowpass 715 filtered and from the analog-to-digital converter 716 digitized. In the digital signal processing unit 717 the digitized baseband signal is evaluated, and it becomes a control signal 718 for the switching signal generator 708 generates, which the pulse width of the switching signal 706 controls.
Bei
dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Signalpfad
nach der Frequenzvervielfachungsstufe 701 in einen Sendesignalpfad
und einen Empfangsmischerpfad aufgeteilt. Ebenso wäre es möglich, den
Signalpfad bereits nach dem Signalgenerator 700 in einen Sendesignalpfad
und einen Empfangsmischerpfad aufzuteilen, wobei dann für jeden
der beiden Signalpfade jeweils eine Frequenzvervielfachungsstufe
und ein Verstärkerelement
vorgesehen sein müsste.
In diesem Fall könnten
sowohl die Frequenzvervielfachungsstufen als auch die Verstärker in
den beiden Signalpfaden als schaltbare Frequenzvervielfachungsstufen
bzw. schaltbare Verstärker
ausgelegt sein, welche jeweils durch ein Schaltsignal periodisch
ein- und ausgeschaltet werden.At the in 7 In the embodiment shown, the signal path is after the frequency multiplier stage 701 divided into a transmit signal path and a receive mixer path. It would also be possible, the signal path already after the signal generator 700 into a transmit signal path and a receive mixer path, in which case a frequency multiplier stage and an amplifier element would have to be provided for each of the two signal paths. In this case, both the frequency multiplier stages and the amplifiers in the two signal paths could be designed as switchable frequency multiplier stages or switchable amplifiers, which are periodically switched on and off by a switching signal.