DE19527325A1 - Linearisierung von Wobblersystemen - Google Patents
Linearisierung von WobblersystemenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Linearisierung von Fre
quenzwobbelsystemen. Speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
System zur Linearisierung der Wobbelung eines spannungsgesteuerten
Oszillators über einen ausgewählten Frequenzbereich.
Bei den gegenwärtigen Systemen zur Signalerzeugung und Signalverarbeitung
ist es oft erforderlich, ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz über einen
vorgegebenen Bereich variiert oder gewobbelt werden kann. Gewöhnlich
erfordert dies eine genaue Verfolgung der Signalfrequenz bis zu einem
ausgewählten Wobbelsteuereingang. Bei vielen Signalverarbeitungsanwen
dungen, wie beispielsweise Radar, Spektrumanalysatoren, usw., muß die
erforderliche Wobbelung linear mit der Zeit erfolgen, d. h. eine lineare Fre
quenzrampe sein, um den interessierenden Frequenzbereich zu überdecken.
Im allgemeinen wird ein spannungsgesteuerter Oszillator verwendet, um ein
Signal zu erzeugen, dessen Frequenz über einen vorgegebenen Bereich
variiert oder gewobbelt werden kann, da er eine Ausgangsfrequenz erzeugt,
die in direktem Zusammenhang mit einer Eingangssteuerspannung steht.
Unglücklicherweise sind spannungsgesteuerte Oszillatoren von Natur aus nicht
linear (d. h., die Oszillatorfrequenz ist keine lineare Funktion der Wobbel
spannung). Außerdem neigen spannungsgesteuerte Oszillatoren dazu, in
Abhängigkeit von der Zeit und der Temperatur auf unvorhersagbare Weise zu
driften.
Dem Stand der Technik entsprechende Linearisierungsschaltungen, die weiter
unten ausführlicher diskutiert werden, sind in US-A-4.129.832, US-A-4.499.435,
US-A-4.904.964 und US-A-4.998.217 beschrieben. Die vorste
hende Aufzählung enthält nur einige typische Beispiele und stellt keine voll
ständige Liste des Standes der Technik dar.
In US-A-4.129.832 von Neal et al. wird ein Linearisierungssystem für span
nungsgesteuerte Oszillatorwobbelgeneratoren beschrieben, bei dem ein
Rampensignal vorprogrammiert wird, um die Eingangsspannung des Oszilla
tors zu steuern. Eine Differenzfrequenz wird mit einer Bezugsfrequenz vergli
chen, um eine erforderliche Anpassung an das Rampensignal zu bestimmen.
In US-A-4.499.435 von Thomson et al. wird ein System zur Linearisierung der
Wobbelung eines spannungsgesteuerten Oszillators beschrieben, bei dem
sowohl ein Eichmodus, als auch ein Meßmodus verwendet werden. In dem
Eichmodus wird eine Wobbelfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators
erniedrigt (da bekannt ist, daß spannungsgesteuerte Oszillatoren bei niedrige
ren Frequenzen eine größere Linearität haben), und die Signale werden so
verarbeitet, daß eine erwünschte Rampe festgelegt wird, die von der Zeit linear
abhängt.
In US-A-4.904.964 von Peng et al. wird eine spannungsgesteuerte Oszillator
schaltung beschrieben, bei der eine Modulationskompensation verwendet wird,
um einen konstanten modulierten Pegel über ein Frequenzband zu erhalten.
Die Kapazität zum Koppeln des modulierenden Signals mit einem kompensier
ten Eingangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird variiert, um das
Eingangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators zu kompensieren.
In US-A-4.998.217 von Holcomb et al. wird ein Wobbelgenerator-
Linearisierungssystem beschrieben. Das System hat zwei Betriebsmodi, und
zwar einen Eichmodus und einen Meßmodus. In dem Eichmodus wird der
spannungsgesteuerte Oszillator bei niedriger, mittlerer und hoher Frequenz
verriegelt, und dann werden die entsprechenden Spannungen gemessen.
Diese Information wird von einem Mikroprozessor verwendet, um die Wobbe
lung zu linearisieren. Während des Meßmodus werden zwei Wobbelungen bei
verschiedenen Frequenzen gemacht, um sicherzustellen, daß die mittlere
Frequenz in der Mitte des Wobbelzyklus liegt. Wenn der Mikroprozessor
feststellt, daß die zeitliche Verschiebung der mittleren Frequenz von der Mitte
des Wobbelzyklus nicht akzeptierbar ist, kann das System in den Eichmodus
zurückgeschaltet werden, wie dies oben beschrieben wurde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Wobblerlinearisie
rung vorzustellen, in dem die Linearisierung und der Betrieb gleichzeitig
ablaufen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe erfüllt durch eine
Schaltung zur Linearisierung der Frequenzen eines Ausgangssignals eines
spannungsgesteuerten Oszillators in Abhängigkeit von der Zeit, das durch
folgende Merkmale charakterisiert ist:
ein anpaßbarer Wobbelgenerator zum Erzeugen eines Steuerspan nungssignals, wobei dieses Steuerspannungssignal eine Amplitude hat, die sich bezüglich der Zeit ändert, und wobei dieses Steuerspannungssignal auf einen Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators gegeben wird;
ein Kammgenerator zum Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
ein Signalmischer zum Mischen des Ausgangssignals des spannungs gesteuerten Oszillators mit dem Kammsignal, um eine Chirp-Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsi gnals zentriert ist;
eine Markierervorrichtung zum Erzeugen eines Markierersignals, das eine Vielzahl von Markierern hat, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
ein Mittel zum Erzeugen eines Wobbelsteuersignals aufgrund des Markierersignals, wodurch ein relativ konstanter Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhalten wird, wobei der anpaßbare Wobbelge nerator auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steuerspannungssignals zu steuern.
ein anpaßbarer Wobbelgenerator zum Erzeugen eines Steuerspan nungssignals, wobei dieses Steuerspannungssignal eine Amplitude hat, die sich bezüglich der Zeit ändert, und wobei dieses Steuerspannungssignal auf einen Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators gegeben wird;
ein Kammgenerator zum Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
ein Signalmischer zum Mischen des Ausgangssignals des spannungs gesteuerten Oszillators mit dem Kammsignal, um eine Chirp-Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsi gnals zentriert ist;
eine Markierervorrichtung zum Erzeugen eines Markierersignals, das eine Vielzahl von Markierern hat, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
ein Mittel zum Erzeugen eines Wobbelsteuersignals aufgrund des Markierersignals, wodurch ein relativ konstanter Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhalten wird, wobei der anpaßbare Wobbelge nerator auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steuerspannungssignals zu steuern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Multimarkierer-Mikrowellen-
Wobbellinearisierungssystem vorgeschlagen, das einen spannungsgesteuer
ten Mikrowellenoszillator aufweist (der beispielsweise von 9,5 GHz bis 10,5
GHz gewobbelt wird), bei dem eine adaptive Wobbelsteuerschaltung verwen
det wird. Die Oszillatorsteuerspannung wird nach Bedarf angepaßt, um einen
konstanten Abstand zwischen den weiter unten festgelegten Markierern
aufrechtzuerhalten. Um die Markierer zu erzeugen, wird das Ausgangssignal
des Oszillators mit dem Ausgangssignal eines Kammgenerators gemischt, der
Harmonische bei Vielfachen von 100 MHz hat. Die unteren Seitenbänder, die
erzeugt werden, wenn der Oszillator über die Kammfrequenzen wobbelt,
erzeugen eine Reihe von "Chirps", die bezüglich jeder der Kamm-
Harmonischen zentriert sind. Dabei ist ersichtlich, daß die Frequenz des Chirps
durch Null geht, wenn die Oszillatorfrequenz genau gleich einer der Kamm-
Harmonischen ist. Der Markierer wird mit einer höheren Frequenz in der Chirp-
Einhüllenden verknüpft, um Phasenunsicherheiten zu vermeiden. Dies kann mit
einer Frequenzerfassungsschaltung erreicht werden, die einen erneut trigger
baren, monostabilen Multivibrator aufweisen kann, der eine Zeitkonstante hat,
die gleich der Periode der zu erfassenden Frequenz ist. Vor dem Multivibrator
ist ein Hochgeschwindigkeits-Komparator angeordnet, der das Chirpsignal
quadriert. Bei dem Beginn des Chirps ist die Signalamplitude zu klein, um von
dem Komparator erfaßt zu werden. Die Komparatorschwelle ist mit einer
Hysterese festgelegt, um eine Triggerung zu ermöglichen, wenn die Chirpfre
quenz höher als die gewünschte Markierer-Erfassungsfrequenz ist. Außerdem
ist es durch Mittelung mehrerer Wobbelungen möglich, sehr genaue Markierer
positionsmessungen zu erhalten. Eine eventuelle langfristige Änderung der
Oszillatorfrequenz/Spannungs-Kennlinie, die die Wobbellinearität verschlech
tert, macht sich als eine Verschiebung der Position von einem der Markierer
bemerkbar, und dann kann die Wobbelspannung leicht angepaßt werden, um
die Verschiebung zu kompensieren.
In keinem der obenerwähnten Patente wird ein Frequenzmarkierersystem
beschrieben, bei dem die Oszillatorsteuerspannung angepaßt wird, um einen
konstanten Abstand zwischen den Markierern als ein Mittel zur Linearisierung
aufrechtzuerhalten. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß
die Linearisierung und die Messung (der Betrieb) gleichzeitig ablaufen.
Die oben diskutierten und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden für Fachleute auf diesem Gebiet aus der folgenden ausführ
lichen Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich werden.
Nachstehend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, bei denen in den
verschiedenen Figuren gleiche Elemente mit den gleichen Kennziffern be
zeichnet sind.
Die Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Markierer-Wobbellinearisierungs
schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 2 ist ein Frequenz/Zeit-Diagramm einer idealen Wobbelkennlinie für
den Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators (SGO).
Die Fig. 3 ist eine Frequenz/Zeit-Diagramm einer typischen, dem Stand der
Technik entsprechenden Wobbelkennlinie für den Ausgang eines SGO.
Die Fig. 4 ist ein Spannungs/Zeit-Diagramm für die Chirp-Einhüllende gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 5 ist ein Schaltbild der Erfassungsschaltung der Fig. 1.
Die Fig. 6 ist ein Spannungs/Zeit-Diagramm für die Pickets, die Markierer und
die Wobbelung der vorliegenden Erfindung.
Vor der ausführlichen Beschreibung des speziellen, verbesserten Wobbelline
arisierungssystems der vorliegenden Erfindung muß darauf hingewiesen
werden, daß die vorliegende Erfindung in erster Linie auf einer neuartigen,
strukturellen Kombination von herkömmlichen elektronischen Komponenten
und Schnittstellen-Schaltungen, und nicht auf deren speziellen detaillierten
Konfigurationen beruht. Daher wurden die Struktur, die Steuerung und die
Anordnung dieser herkömmlichen Komponenten und Schaltungen zum größten
Teil in den Zeichnungen durch leicht verständliche Blockdarstellungen und ein
Schaltbild veranschaulicht, die nur die speziellen Details wiedergeben, die sich
auf die vorliegende Erfindung beziehen, um die Darstellung nicht durch
strukturelle Einzelheiten unübersichtlich zu machen, die für Fachleute auf
diesem Gebiet aufgrund der Beschreibung leicht ersichtlich sind. So gibt das
Blockschaltbild der Fig. 1 nicht unbedingt die mechanische strukturelle
Anordnung des typischen Systems wieder, sondern dieses Blockschaltbild soll
in erster Linie die hauptsächlichen strukturellen Komponenten des Systems in
einer geeigneten funktionalen Gruppierung veranschaulichen, wodurch die
vorliegende Erfindung leichter verständlich wird.
Im folgenden wird auf die Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Blockschaltbild
der vorliegenden Erfindung wiedergegeben ist. Ein spannungsgesteuerter
Oszillator (SGO), dessen Ausgangssignal gemäß einer vorgegebenen gesteu
erten Eingangsspannung, die in Abhängigkeit von der Zeit variiert, gesteuert
wird, ist bei der Kennziffer 10 wiedergegeben. Der Eingang des SGO 10 ist
über eine Leitung 12 mit einer Wobbelgeneratorschaltung 14 verbunden. Die
Wobbelgeneratorschaltung 14 weist einen Taktgeber 16 für die Wobbelung mit
variabler Frequenz auf, der einen Ausgang hat, der über eine Leitung 18 mit
dem Eingang eines Zählers 20 verbunden ist. Der Ausgang des Zählers 20 ist
über eine Leitung 22 mit dem Eingang eines Digital/Analog (D/A)-Umsetzers 24
verbunden. Der Ausgang des D/A-Umsetzers 24 ist über eine Leitung 12 mit
dem Eingang des SGO 10 verbunden. Der SGO 10 kann verwendet werden,
um das Frequenzwobbelsignal für die Mikrowellenradar-Pegelmeßvorrichtung
(d. h. die Radar-Tankspulen-Meßgeräte) zu liefern, wie bekannt ist.
Ein Mikroprozessor (MP) 34, der ein Mikroprozessor eines bekannten Typs
sein kann, umfaßt eine Vielzahl von Eingängen und Ausgängen zum Empfan
gen und Aussenden von Information und Steuersignalen, die sich auf den
Betrieb der Mikrowellenradar-Pegelmeßvorrichtung beziehen. Der MP 34 ist
über eine Leitung 40 mit dem Taktgeber 16 für die Wobbelung mit variabler
Frequenz verbunden, um dessen Taktfrequenz in selektiver Weise zu variieren
(bei diesem Beispiel, um eine Wobbelung zwischen 9,5 GHz und 10,5 GHz bei
dem SGO 10 hervorzurufen. Eine Read-Only-Memory (ROM)-Schaltung 58
kommuniziert mit dem MP 34 über einen bidirektionalen Bus 60.
Im idealen Fall hat das Ausgangssignal des SGO 10 eine lineare Sägezahn
form (d. h. für die Frequenz als Funktion der Zeit), von der ein Teil in der Fig.
2 wiedergegeben ist. Infolge der inhärenten, nichtlinearen Natur des SGO 10
ist jedoch das tatsächliche Ausgangssignal des SGO 10 im allgemeinen
nichtlinear, wie dies in der dem Stand der Technik entsprechenden Fig. 3
gezeigt ist. Diese Nichtlinearität ist auf dem Gebiet der Radarmessung höchst
unerwünscht, da sie signifikante Meßfehler zur Folge hat.
Das Ausgangssignal des SGO 10 wird über eine Leitung 62 auf die entspre
chende Verbindung mit der Radarvorrichtung, in der es verwendet wird
(gewöhnlich auf einen Mischer bei der Antenne), sowie auf einen Eingang
eines Mischers 64 gegeben. Ein Kammgenerator 66, der Harmonische bei
Vielfachen von 100 MHz hat, weist einen 100 MHz-Quarzoszillator 68 auf, der
über eine Leitung 70 mit einer Step-recovery-Diode 72 verbunden ist. Der
Ausgang der Diode 72 ist über eine Leitung 74 mit dem Mischer 64 verbunden,
wo das Ausgangssignal der Diode 72 mit dem Ausgangssignal des SGO 10
gemischt wird, um eine Differenzfrequenzsignal zu erzeugen. Die unteren
Seitenbänder, die erzeugt werden, wenn das Ausgangssignal des SGO 10
über die Kammfrequenzen gewobbelt wird, erzeugen eine Reihe von "Chirps",
die bezüglich jeder der Kamm-Harmonischen zentriert sind. Eine sich ergeben
de Chirp-Einhüllende auf einer Leitung 76 (das Ausgangssignal des Mischers
64, mit anderen Worten, ein Differenzfrequenzsignal, das sich aus den zwei in
den Mischer 64 eingegebenen Signalen ergibt) ist in der Fig. 4 wiedergege
ben. Die Amplitudenvariation der Chirp-Einhüllenden ergibt sich aus der
Abschwächung der Komponenten mit höherer Frequenz durch die parasitäre
Kapazität. Es ist ersichtlich, daß die Frequenz des Chirps durch Null geht,
wenn die Oszillatorfrequenz des SGO 10 genau gleich einer der Kamm-
Harmonischen ist. Diese Harmonischen sind sehr stabil, und daher stellt der
Kammgenerator ein Bezugssystem dar, mit dem die Linearität der Oszillator
frequenzwobbelung des SGO 10 verglichen werden kann.
Es scheint zwar logisch zu sein, den Nulldurchgang der Gleichspannung (siehe
Fig. 4) als Markierer zu verwenden, aber dies ist nicht wünschenswert. Der
Phasenwinkel des Chirps bezüglich des SGO 10 ist eine Zufallsfunktion; nahe
der Mitte des Chirps liegt die Unsicherheit bei der Position des Markierers bei
einigen Mikrosekunden. Das Multimarkierersystem der vorliegenden Erfindung
erfordert jedoch nur, daß der Abstand zwischen den Markierern gleichbleibend
ist, und wenn der Markierer mit einer höheren Frequenz in der Chirp-
Einhüllenden verknüpft wird, ist die Unsicherheit in der Phase weniger signifi
kant (d. h. als Prozentsatz der gesamten Wobbelung). Daher wird die Chirp-
Einhüllende über die Leitung 76 mit dem Eingang eines Tiefpaßfilters 78
verbunden, das nur die höheren Frequenzen der Chirp-Einhüllenden durchläßt.
Dieses Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 78 wird über eine Leitung 80 auf eine
Erfassungsschaltung 82 gegeben. Die Erfassungsschaltung 82 erzeugt die
Markierer, die über eine Leitung 84 auf den MP 34 gegeben werden. Der
Abstand zwischen den Markierern wird überwacht, und das Eingangssignal für
den SGO 10 wird so angepaßt, daß ein konstanter Abstand zwischen den
Markierern aufrechterhalten wird. Wenn der Abstand zwischen den Markierern
konstant gehalten wird, ist das Ausgangssignal des SGO 10 linear.
Nachstehend wird auf die Fig. 5 Bezug genommen, in der ein Schaltbild der
Erfassungsschaltung 82 wiedergegeben ist. Die Erfassungsschaltung 82 weist
einen Hochgeschwindigkeits-Komparator 86 (z. B. LT1016) auf, dessen nicht
invertierender Eingang über die Leitung 80 mit dem Tiefpaßfilter 78 verbunden
ist. Der Ausgang des Komparators 86 ist über eine Leitung 88 mit den Eingän
gen eines dualen, erneut triggerbaren, monostabilen Multivibrators 90a und
90b (z. B. 74HC123) verbunden. Der Komparator 86 quadriert das Chirpsignal.
Der komplementäre Ausgang des monostabilen Multivibrators 90a ist über eine
Leitung 92 mit dem Taktimpulseingang eines RS-Flipflops 94 (z. B. 74HC74)
verbunden. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 90b ist über eine
Leitung 96 mit dem Rückstelleingang des Flipflops 94 verbunden. Der Stellein
gang des Flipflops 94 ist auf einem logischen Hoch (d. h. er liegt auf +5V). Ein
Kondensator 98 und ein Widerstand 100 bestimmen die Sperrzeit für den
Ausgangsimpuls des monostabilen Multivibrators 90a. Ein Kondensator 102
und ein Widerstand 104 bestimmen die Sperrzeit für den Ausgangsimpuls des
monostabilen Multivibrators 90b. Der komplementäre Ausgang des monostabi
len Multivibrators 90b ist über eine Leitung 106 mit dem invertierenden Ein
gang des Komparators 86 verbunden.
Vor dem Auftreten jedes Chirps sind die monostabilen Multivibratoren 90a und
90b "triggerbar", und das Ausgangssignal des Flipflops 94 ist ein logisches Tief,
da der monostabile Multivibrator 90b eine Rückstellung erzwingt. Bei dem
Beginn des Chirps ist die Signalamplitude zu niedrig, um von dem Komparator
86 erfaßt zu werden. Die Schwelle des Komparators 86 ist mit Hysterese
eingestellt, um Triggern zu ermöglichen, wenn die Chirpfrequenz höher als die
gewünschte Markierer-Erfassungsfrequenz ist. Sobald der Chirppegel hoch
genug ist, wird der Komparator 86 getriggert, wodurch die monostabilen
Multivibratoren 90a und 90b ausgelöst werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die
Chirpfrequenz noch hoch, und die Wellenform durchläuft mehrere Nulldurch
gänge, wodurch der Komparator 86 von einem logischen Hoch zu einem
logischen Tief umschaltet. Die Zeitkonstanten für beide monostabilen Multivi
bratoren 90a und 90b sind ausreichend, um diese Multivibratoren eingeschaltet
(d. h. getriggert) zu halten, während der Komparator auf ein logisches Tief
schaltet, wobei der Komparator bei dem nächsten positiven Nulldurchgang
wieder auf ein logisches Hoch zurückschaltet und die monostabilen Multivibra
toren 90a und 90b erneut triggert. Wiederum stellt die Hysterese bei dem
Komparator 86 sicher, daß der Komparator 86 empfindlich genug ist, um jeden
Nulldurchgang zu erfassen.
In dem weiteren Teil der Chirp-Einhüllenden ist die Zeit zwischen den Null
durchgängen größer. Wenn die Chirpfrequenz abnimmt, wird daher die Periode
der Differenzfrequenz eventuell groß genug, um das Ende der Sperrzeit des
monostabilen Multivibrators 90a zu erreichen. Dies hat zur Folge, daß der
Flipflop 94 getaktet wird, wodurch an dem Ausgang des Flipflops 94 ein
Übergang von einem logischen Tief zu einem logischen Hoch hervorgerufen
wird, mit anderen Worten, ein Markierer erzeugt wird, siehe Fig. 6. Die
Markierer werden über die Leitung 84 auf den MP 34 gegeben, wo sie von
einem Linearisierungsalgorithmus verwendet werden, der in dem ROM 58
gespeichert ist. Der MP 34 steuert den Wobbel-Taktgeber 16 aufgrund des
Linearisierungsalgorithmus, wodurch die Amplitude und die Amplitudenände
rungsgeschwindigkeit gesteuert werden. Die Zeitkonstante des monostabilen
Multivibrators 90b ist groß genug, um diesen Multivibrator während der Dauer
des Chirps, das heißt, bis die Amplitude des Signals schließlich so weit
absinkt, daß sie den monostabilen Multivibrator 90b nicht mehr erneut triggert,
in einem getriggerten Zustand zu halten. Sobald die Sperrzeit des monostabi
len Multivibrators 90b abläuft, wird eine Hysterese auf den Komparator 86
gegeben, um den Komparator unempfindlich zu machen, wodurch der Kompa
rator nicht mehr auf das verminderte Signal ansprechen kann und nicht mehr
zweimal innerhalb einer einzigen Chirp-Einhüllenden auslösen kann.
Der Flipflop 94 wird infolge des Ablaufs der Sperrzeit des monostabilen
Multivibrators 90b zurückgestellt, wobei sein Ausgang auf ein logisches Tief
übergeht, so daß die Erfassungsschaltung 82 den nächsten Markierer erfassen
und erzeugen kann.
Infolge der Auswahl einer relativ hohen Erfassungsfrequenz ist außerdem die
Phasenunsicherheit weniger signifikant, da sie einen kleineren Teil des
Wobbelintervalls darstellt. Wenn mehrere Wobbelungen gemittelt werden, ist
es möglich, sehr genaue Markiererpositionsmessungen zu erhalten. Eine
eventuelle langfristige Änderung der Oszillatorfrequenz/Spannungs-Kennlinie,
die die Wobbellinearität verschlechtert, macht sich als eine Verschiebung der
Position von einem der Markierer bemerkbar, und dann kann die Wobbelspan
nung leicht angepaßt werden, um diese Verschiebung zu kompensieren, wie
dies nachstehend beschrieben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Multimarkierer-Mikrowellen
Wobbellinearisierungssystem vorgeschlagen, das einen spannungsgesteuer
ten Mikrowellenoszillator aufweist (der beispielsweise von 9,5 GHz bis 10,5
GHz wobbelt), bei dem eine adaptive Wobbelsteuerschaltung verwendet wird.
Die Oszillatorsteuerspannung wird bei Bedarf durch Steuerung des Wobbel-
Taktgebers angepaßt, um einen konstanten Abstand zwischen den Markierern
aufrechtzuerhalten.
Claims (11)
1. Schaltung zur Linearisierung der Frequenzen eines Ausgangssignals eines
spannungsgesteuerten Oszillators (10) in Abhängigkeit von der Zeit, mit
einem anpaßbaren Wobbelgenerator (14) zum Erzeugen eines Steuer
spannungssignals, wobei dieses Steuerspannungssignal eine Amplitude
aufweist, die sich bezüglich der Zeit ändert und wobei dieses Steuerspan
nungssignal auf einen Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (10)
gegeben wird,
gekennzeichnet durch
einen Kammgenerator (66) zum Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
einen Signalmischer (64) zum Mischen des Ausgangssignals des span nungsgesteuerten Oszillators (10) mit dem Kammsignal, um eine Chirp- Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Kompo nenten des Kammsignals zentriert ist;
eine Markierervorrichtung (78, 82) zum Erzeugen eines Markierersi gnals, das eine Vielzahl von Markierern hat, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
ein Mittel (34) zum Erzeugen eines Wobbelsteuersignals aufgrund des Markierersignals, wodurch ein relativ konstanter Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhalten wird, wobei der anpaßbare Wobbel generator (14) auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steuerspannungssignals zu steuern.
gekennzeichnet durch
einen Kammgenerator (66) zum Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
einen Signalmischer (64) zum Mischen des Ausgangssignals des span nungsgesteuerten Oszillators (10) mit dem Kammsignal, um eine Chirp- Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Kompo nenten des Kammsignals zentriert ist;
eine Markierervorrichtung (78, 82) zum Erzeugen eines Markierersi gnals, das eine Vielzahl von Markierern hat, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
ein Mittel (34) zum Erzeugen eines Wobbelsteuersignals aufgrund des Markierersignals, wodurch ein relativ konstanter Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhalten wird, wobei der anpaßbare Wobbel generator (14) auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steuerspannungssignals zu steuern.
2. Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei der anpaßbare Wobbelgenerator (14)
aufweist
einen Wobbel-Taktgeber (16), der auf das Wobbelsteuersignal an spricht, wobei der Wobbel-Taktgeber (16) zum Erzeugen eines Wobbel- Taktsignals eine Vielzahl von Impulsen aufweist;
einen Zähler (20), der aufnahmefähig für das Wobbel-Taktsignal ist, zum Zählen der Impulse, um ein Zählsignal zu erhalten; und
einen Digital/Analog-Umsetzer (24) zum Umsetzen des Zählsignals in das Spannungssteuersignal.
einen Wobbel-Taktgeber (16), der auf das Wobbelsteuersignal an spricht, wobei der Wobbel-Taktgeber (16) zum Erzeugen eines Wobbel- Taktsignals eine Vielzahl von Impulsen aufweist;
einen Zähler (20), der aufnahmefähig für das Wobbel-Taktsignal ist, zum Zählen der Impulse, um ein Zählsignal zu erhalten; und
einen Digital/Analog-Umsetzer (24) zum Umsetzen des Zählsignals in das Spannungssteuersignal.
3. Schaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Kammgenerator (66)
aufweist
einen Oszillator (68) zum Erzeugen eines Frequenzsignals; und
eine Step-recovery-Diode (72), die aufnahmefähig für das Frequenzsi gnal ist, zum Erzeugen des Kammsignals.
einen Oszillator (68) zum Erzeugen eines Frequenzsignals; und
eine Step-recovery-Diode (72), die aufnahmefähig für das Frequenzsi gnal ist, zum Erzeugen des Kammsignals.
4. Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Markierervorrich
tung (78, 82) aufweist
einen Komparator (86), der einen Eingang aufweist, der aufnahmefähig für die Chirp-Einhüllende ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der Kom parator (86) vorgesehen ist zum Vergleichen einer Spannung der Chirp- Einhüllenden mit einer Schwellenspannung und zum Erzeugen eines Si gnals an dem Ausgang des Komparators (86), wenn die Spannung der Chirp-Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;
einen ersten monostabilen Multivibrator (90a), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der erste monostabile Multivibrator (90a) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird;
einen zweiten monostabilen Multivibrator (90b), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der zweite monostabile Multivibrator (90b) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird; und
ein Flipflop (94), das einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des ersten und zweiten monostabilen Multivibrators (90a, b) verbunden ist, wo bei dieses Flipflop (94) vorgesehen ist zum Erzeugen der Markierer auf grund der Impulse von dem ersten und zweiten monostabilen Multivibrator (90a, b).
einen Komparator (86), der einen Eingang aufweist, der aufnahmefähig für die Chirp-Einhüllende ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der Kom parator (86) vorgesehen ist zum Vergleichen einer Spannung der Chirp- Einhüllenden mit einer Schwellenspannung und zum Erzeugen eines Si gnals an dem Ausgang des Komparators (86), wenn die Spannung der Chirp-Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;
einen ersten monostabilen Multivibrator (90a), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der erste monostabile Multivibrator (90a) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird;
einen zweiten monostabilen Multivibrator (90b), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der zweite monostabile Multivibrator (90b) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird; und
ein Flipflop (94), das einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des ersten und zweiten monostabilen Multivibrators (90a, b) verbunden ist, wo bei dieses Flipflop (94) vorgesehen ist zum Erzeugen der Markierer auf grund der Impulse von dem ersten und zweiten monostabilen Multivibrator (90a, b).
5. System zum Linearisieren der Frequenzen eines Ausgangssignals eines
spannungsgesteuerten Oszillators (10) in Abhängigkeit von der Zeit, mit
einem anpaßbaren Wobbelgenerator (14) zum Erzeugen eines Steuer
spannungssignals, wobei dieses Steuerspannungssignal eine Amplitude
hat, die sich bezüglich der Zeit ändert, und wobei dieses Steuerspan
nungssignal auf einen Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (10)
gegeben wird,
gekennzeichnet durch
einen Kammgenerator (66) zum Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
einen Signalmischer (64) zum Mischen des Ausgangssignals des span nungsgesteuerten Oszillators (10) mit dem Kammsignal, um eine Chirp- Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Kompo nenten des Kammsignals zentriert ist;
eine Markierervorrichtung (78, 82) zum Erzeugen eines Markierersi gnals, das eine Vielzahl von Markierern aufweist, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
einen Prozessor (34), der auf das Markierersignal anspricht und einen Speicher (58) hat zum Speichern von Signalen, die Programmsignale um fassen, die einen ausführbaren Algorithmus festlegen, um ein Wobbelsteu ersignal festzulegen, das einen relativ konstanten Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhält, wobei der anpaßbare Wobbelgenera tor (14) auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steu erspannungssignals zu steuern.
gekennzeichnet durch
einen Kammgenerator (66) zum Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
einen Signalmischer (64) zum Mischen des Ausgangssignals des span nungsgesteuerten Oszillators (10) mit dem Kammsignal, um eine Chirp- Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Kompo nenten des Kammsignals zentriert ist;
eine Markierervorrichtung (78, 82) zum Erzeugen eines Markierersi gnals, das eine Vielzahl von Markierern aufweist, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
einen Prozessor (34), der auf das Markierersignal anspricht und einen Speicher (58) hat zum Speichern von Signalen, die Programmsignale um fassen, die einen ausführbaren Algorithmus festlegen, um ein Wobbelsteu ersignal festzulegen, das einen relativ konstanten Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhält, wobei der anpaßbare Wobbelgenera tor (14) auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steu erspannungssignals zu steuern.
6. System gemäß Anspruch 5, wobei der anpaßbare Wobbelgenerator (14)
aufweist
einen Wobbel-Taktgeber (16), das auf das Wobbelsteuersignal an spricht, wobei der Wobbel-Taktgeber (16) zum Erzeugen eines Wobbel- Taktsignals eine Vielzahl von Impulsen aufweist;
einen Zähler (20), der aufnahmefähig für das Wobbel-Taktsignal ist, zum Zählen der Impulse, um ein Zählsignal zu erhalten; und
einen Digital/Analog-Umsetzer (24) zum Umsetzen des Zählsignals in das Spannungssteuersignal.
einen Wobbel-Taktgeber (16), das auf das Wobbelsteuersignal an spricht, wobei der Wobbel-Taktgeber (16) zum Erzeugen eines Wobbel- Taktsignals eine Vielzahl von Impulsen aufweist;
einen Zähler (20), der aufnahmefähig für das Wobbel-Taktsignal ist, zum Zählen der Impulse, um ein Zählsignal zu erhalten; und
einen Digital/Analog-Umsetzer (24) zum Umsetzen des Zählsignals in das Spannungssteuersignal.
7. System gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Kammgenerator (66) aufweist
einen Oszillator (68) zum Erzeugen eines Frequenzsignals; und
eine Step-recovery-Diode (72), die aufnahmefähig für das Frequenzsi gnal ist, zum Erzeugen des Kammsignals.
einen Oszillator (68) zum Erzeugen eines Frequenzsignals; und
eine Step-recovery-Diode (72), die aufnahmefähig für das Frequenzsi gnal ist, zum Erzeugen des Kammsignals.
8. System gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Markierervorrich
tung (78, 82) aufweist
einen Komparator (86), der einen Eingang aufweist, der aufnahmefähig für die Chirp-Einhüllende ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der Kom parator (86) vorgesehen ist zum Vergleichen einer Spannung der Chirp- Einhüllenden mit einer Schwellenspannung, und zum Erzeugen eines Si gnals an dem Ausgang des Komparators (86), wenn die Spannung der Chirp-Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;
einen ersten monostabilen Multivibrator (90a), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der erste monostabile Multivibrator (90a) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird;
einen zweiten monostabilen Multivibrator (90b), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der zweite monostabile Multivibrator (90b) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird; und
ein Flipflop (94), das einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des ersten und zweiten monostabilen Multivibrators (90a, b) verbunden ist, wo bei dieses Flipflop (94) vorgesehen ist zum Erzeugen der Markierer auf grund der Impulse von dem ersten und zweiten monostabilen Multivibrator (90a, b).
einen Komparator (86), der einen Eingang aufweist, der aufnahmefähig für die Chirp-Einhüllende ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der Kom parator (86) vorgesehen ist zum Vergleichen einer Spannung der Chirp- Einhüllenden mit einer Schwellenspannung, und zum Erzeugen eines Si gnals an dem Ausgang des Komparators (86), wenn die Spannung der Chirp-Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;
einen ersten monostabilen Multivibrator (90a), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der erste monostabile Multivibrator (90a) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird;
einen zweiten monostabilen Multivibrator (90b), der einen Eingang auf weist, der mit dem Ausgang des Komparators (86) verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der zweite monostabile Multivibrator (90b) zum Erzeugen eines Impulses eine ausgewählte Sperrzeit aufweist wenn er durch das Signal an dem Ausgang des Komparators (86) getriggert wird; und
ein Flipflop (94), das einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang des ersten und zweiten monostabilen Multivibrators (90a, b) verbunden ist, wo bei dieses Flipflop (94) vorgesehen ist zum Erzeugen der Markierer auf grund der Impulse von dem ersten und zweiten monostabilen Multivibrator (90a, b).
9. Verfahren zum Linearisieren der Frequenzen eines Ausgangssignals eines
spannungsgesteuerten Oszillators in Abhängigkeit von der Zeit, das die
folgenden Schritte aufweist
Erzeugen eines Steuerspannungssignals, das eine Amplitude hat, die sich bezüglich der Zeit ändert, wobei dieses Steuerspannungssignal auf einen Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators gegeben wird;
Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
Mischen des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators mit dem Kammsignal, um eine Chirp-Einhüllende zu erzeugen, die bezüg lich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsignals zentriert ist;
Erzeugen eines Markierersignals, das eine Vielzahl von Markierern auf weist, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
Steuern der Amplitude des Steuerspannungssignals, um einen relativ konstanten Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechtzuerhal ten.
Erzeugen eines Steuerspannungssignals, das eine Amplitude hat, die sich bezüglich der Zeit ändert, wobei dieses Steuerspannungssignal auf einen Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators gegeben wird;
Erzeugen eines Kammsignals, das eine Vielzahl von harmonischen Komponenten aufweist;
Mischen des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators mit dem Kammsignal, um eine Chirp-Einhüllende zu erzeugen, die bezüg lich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsignals zentriert ist;
Erzeugen eines Markierersignals, das eine Vielzahl von Markierern auf weist, wobei jeder der Markierer mit einer Frequenz in einer zugehörigen Chirp-Einhüllenden verknüpft ist; und
Steuern der Amplitude des Steuerspannungssignals, um einen relativ konstanten Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechtzuerhal ten.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt zum Erzeugen des Steuer
spannungssignals aufweist
Erzeugen eines Wobbel-Taktsignals, das eine Vielzahl von Impulsen aufweist;
Zählen der Impulse, um ein Zählsignal zu erhalten; und
Umwandeln des Zählsignals in das Spannungssteuersignal.
Erzeugen eines Wobbel-Taktsignals, das eine Vielzahl von Impulsen aufweist;
Zählen der Impulse, um ein Zählsignal zu erhalten; und
Umwandeln des Zählsignals in das Spannungssteuersignal.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt zum Erzeugen des Markie
rersignals aufweist
Vergleichen einer Spannung der Chirp-Einhüllenden mit einer Schwel lenspannung;
Erzeugen eines resultierenden Signals, wenn die Spannung der Chirp- Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;
Erzeugen eines ersten Impulses, der eine ausgewählte Sperrzeit auf weist, aufgrund des resultierenden Signals; und
Erzeugen eines zweiten Impulses, der eine ausgewählte Sperrzeit auf weist, aufgrund des resultierenden Signals;
Erzeugen der Markierer aufgrund der ersten und zweiten Impulse.
Vergleichen einer Spannung der Chirp-Einhüllenden mit einer Schwel lenspannung;
Erzeugen eines resultierenden Signals, wenn die Spannung der Chirp- Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;
Erzeugen eines ersten Impulses, der eine ausgewählte Sperrzeit auf weist, aufgrund des resultierenden Signals; und
Erzeugen eines zweiten Impulses, der eine ausgewählte Sperrzeit auf weist, aufgrund des resultierenden Signals;
Erzeugen der Markierer aufgrund der ersten und zweiten Impulse.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/282,957 US5440275A (en) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | Marker sweep linearization system and method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19527325A1 true DE19527325A1 (de) | 1996-02-01 |
Family
ID=23083866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19527325A Withdrawn DE19527325A1 (de) | 1994-07-29 | 1995-07-26 | Linearisierung von Wobblersystemen |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| US (1) | US5440275A (de) |
| DE (1) | DE19527325A1 (de) |
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| Date | Code | Title | Description |
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