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Dokumentenidentifikation DE19527325A1 01.02.1996
Titel Linearisierung von Wobblersystemen
Anmelder TN Technologies Inc., Round Rock, Tex., US
Erfinder Erb, Thomas, Austin, Tex., US;
Springer, Thomas, Austin, Tex., US
Vertreter Kuhnen, Wacker & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 26.07.1995
DE-Aktenzeichen 19527325
Offenlegungstag 01.02.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.1996
IPC-Hauptklasse H03B 23/00
Zusammenfassung Ein Multimarkierer-Mikrowellen-Wobbellinearisierungssystem weist einen spannungsgesteuerten Mikrowellenoszillator (10) mit adaptiver Wobbelsteuerschaltung auf. Die Oszillatorsteuerspannung wird nach Bedarf angepaßt, um einen konstanten Abstand zwischen den Markierern aufrechtzuerhalten. Zur Erzeugung der Markierer wird das Ausgangssignal des Oszillators (10) mit dem Ausgangssignal eines Kammgenerators (66) gemischt. Die hierbei erzeugten unteren Seitenbänder erzeugen eine Reihe von "Chirps", die bezüglich jeder der Kamm-Harmonischen zentriert sind. Die Frequenz des Chirps geht dabei durch Null, 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. Dazu wird eine Frequenzerfassungsschaltung (82) mit einem nachtriggerbaren monostabilen Multivibrator (90a, b) vorgestellt, dessen Zeitkonstante gleich der Periode der zu erfassenden Frequenz ist. Vor dem Multivibrator wird das Chirpsignal von einem Komparator (86) quadriert, wobei die Komparatorschwelle mit einer Hysterese festgelegt ist, um eine Triggerung zu ermöglichen, wenn die Chirpfrequenz höher als die gewünschte Markierer-Erfassungsfrequenz ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Linearisierung von Frequenzwobbelsystemen. 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 Signalverarbeitungsanwendungen, wie beispielsweise Radar, Spektrumanalysatoren, usw., muß die erforderliche Wobbelung linear mit der Zeit erfolgen, d. h. eine lineare Frequenzrampe 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 Wobbelspannung). 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 vorstehende Aufzählung enthält nur einige typische Beispiele und stellt keine vollständige Liste des Standes der Technik dar.

In US-A-4.129.832 von Neal et al. wird ein Linearisierungssystem für spannungsgesteuerte Oszillatorwobbelgeneratoren beschrieben, bei dem ein Rampensignal vorprogrammiert wird, um die Eingangsspannung des Oszillators zu steuern. Eine Differenzfrequenz wird mit einer Bezugsfrequenz verglichen, 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 niedrigeren 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 Oszillatorschaltung 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 kompensierten 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 Wobbelung 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 Wobblerlinearisierung 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 Steuerspannungssignals, 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 spannungsgesteuerten Oszillators mit dem Kammsignal, um eine Chirp-Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsignals 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 Wobbelgenerator auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steuerspannungssignals zu steuern.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Multimarkierer-Mikrowellen- Wobbellinearisierungssystem vorgeschlagen, das einen spannungsgesteuerten Mikrowellenoszillator aufweist (der beispielsweise von 9,5 GHz bis 10,5 GHz gewobbelt wird), bei dem eine adaptive Wobbelsteuerschaltung verwendet 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 triggerbaren, 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 Chirpfrequenz höher als die gewünschte Markierer-Erfassungsfrequenz ist. Außerdem ist es durch Mittelung mehrerer Wobbelungen 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 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 ausführlichen 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 bezeichnet sind.

Die Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Markierer-Wobbellinearisierungsschaltung 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 Wobbellinearisierungssystems 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 gesteuerten 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 Empfangen 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 Sägezahnform (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 entsprechende 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 ergebende 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 wiedergegeben. 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 Oszillatorfrequenzwobbelung 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 signifikant (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 nichtinvertierender Eingang über die Leitung 80 mit dem Tiefpaßfilter 78 verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 86 ist über eine Leitung 88 mit den Eingängen 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 Stelleingang 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 monostabilen Multivibrators 90b ist über eine Leitung 106 mit dem invertierenden Eingang 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 Nulldurchgänge, wodurch der Komparator 86 von einem logischen Hoch zu einem logischen Tief umschaltet. Die Zeitkonstanten für beide monostabilen Multivibratoren 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 Multivibratoren 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 Nulldurchgängen 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 Amplitudenänderungsgeschwindigkeit 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 monostabilen Multivibrators 90b abläuft, wird eine Hysterese auf den Komparator 86 gegeben, um den Komparator unempfindlich zu machen, wodurch der Komparator 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 Wobbelspannung 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 spannungsgesteuerten 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.


Anspruch[de]
  1. 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 Steuerspannungssignals, wobei dieses Steuerspannungssignal eine Amplitude aufweist, die sich bezüglich der Zeit ändert und wobei dieses Steuerspannungssignal 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 spannungsgesteuerten Oszillators (10) mit dem Kammsignal, um eine Chirp- Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsignals zentriert ist;

    eine Markierervorrichtung (78, 82) 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 (34) zum Erzeugen eines Wobbelsteuersignals aufgrund des Markierersignals, wodurch ein relativ konstanter Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhalten wird, wobei der anpaßbare Wobbelgenerator (14) auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steuerspannungssignals zu steuern.
  2. 2. Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei der anpaßbare Wobbelgenerator (14) aufweist

    einen Wobbel-Taktgeber (16), der auf das Wobbelsteuersignal anspricht, 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. 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 Frequenzsignal ist, zum Erzeugen des Kammsignals.
  4. 4. Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Markierervorrichtung (78, 82) aufweist

    einen Komparator (86), der einen Eingang aufweist, der aufnahmefähig für die Chirp-Einhüllende ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der Komparator (86) vorgesehen ist zum Vergleichen einer Spannung der Chirp- Einhüllenden mit einer Schwellenspannung und zum Erzeugen eines Signals an dem Ausgang des Komparators (86), wenn die Spannung der Chirp-Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;

    einen ersten monostabilen Multivibrator (90a), der einen Eingang aufweist, 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 aufweist, 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, wobei dieses Flipflop (94) vorgesehen ist zum Erzeugen der Markierer aufgrund der Impulse von dem ersten und zweiten monostabilen Multivibrator (90a, b).
  5. 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 Steuerspannungssignals, wobei dieses Steuerspannungssignal eine Amplitude hat, die sich bezüglich der Zeit ändert, und wobei dieses Steuerspannungssignal 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 spannungsgesteuerten Oszillators (10) mit dem Kammsignal, um eine Chirp- Einhüllende zu erzeugen, die bezüglich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsignals zentriert ist;

    eine Markierervorrichtung (78, 82) zum Erzeugen eines Markierersignals, 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 umfassen, die einen ausführbaren Algorithmus festlegen, um ein Wobbelsteuersignal festzulegen, das einen relativ konstanten Abstand zwischen den einzelnen Markierern aufrechterhält, wobei der anpaßbare Wobbelgenerator (14) auf das Wobbelsteuersignal anspricht, um die Amplitude des Steuerspannungssignals zu steuern.
  6. 6. System gemäß Anspruch 5, wobei der anpaßbare Wobbelgenerator (14) aufweist

    einen Wobbel-Taktgeber (16), das auf das Wobbelsteuersignal anspricht, 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. 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 Frequenzsignal ist, zum Erzeugen des Kammsignals.
  8. 8. System gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Markierervorrichtung (78, 82) aufweist

    einen Komparator (86), der einen Eingang aufweist, der aufnahmefähig für die Chirp-Einhüllende ist, und einen Ausgang aufweist, wobei der Komparator (86) vorgesehen ist zum Vergleichen einer Spannung der Chirp- Einhüllenden mit einer Schwellenspannung, und zum Erzeugen eines Signals an dem Ausgang des Komparators (86), wenn die Spannung der Chirp-Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;

    einen ersten monostabilen Multivibrator (90a), der einen Eingang aufweist, 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 aufweist, 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, wobei dieses Flipflop (94) vorgesehen ist zum Erzeugen der Markierer aufgrund der Impulse von dem ersten und zweiten monostabilen Multivibrator (90a, b).
  9. 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 bezüglich jeder der harmonischen Komponenten des Kammsignals zentriert ist;

    Erzeugen eines Markierersignals, das eine Vielzahl von Markierern aufweist, 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 aufrechtzuerhalten.
  10. 10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt zum Erzeugen des Steuerspannungssignals 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.
  11. 11. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt zum Erzeugen des Markierersignals aufweist

    Vergleichen einer Spannung der Chirp-Einhüllenden mit einer Schwellenspannung;

    Erzeugen eines resultierenden Signals, wenn die Spannung der Chirp- Einhüllenden die Schwellenspannung übersteigt;

    Erzeugen eines ersten Impulses, der eine ausgewählte Sperrzeit aufweist, aufgrund des resultierenden Signals; und

    Erzeugen eines zweiten Impulses, der eine ausgewählte Sperrzeit aufweist, aufgrund des resultierenden Signals;

    Erzeugen der Markierer aufgrund der ersten und zweiten Impulse.






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