DE3343540A1

DE3343540A1 - Mikrowellen-frequenzgenerator

Info

Publication number: DE3343540A1
Application number: DE19833343540
Authority: DE
Inventors: Hugh West Linton Tweeddale McPherson
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1983-12-01
Publication date: 1984-06-07
Also published as: IT1172361B; GB2131638B; GB2131638A; SE8306636L; IT8349415A0; SE8306636D0; FR2537360A1

Description

. 3-Pstsntanwllie

Dr.rcr.nat. Thomas ßereadl Dr.-Ing. Hans Leyh

Innere W/:nsr Str. 20 - D 8000 Mömiien CO

Unser Zeichen: A 14 Lh/nc

Ferranti plc

Bridge House, Park Road Gatley, Cheadle, Cheshire, England

Mikrowellen-Frequenzgenerator

τ* Ferranti pic

Ä 14 711

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Frequenzgenerator und insbesondere einen Generator zur Verwendung als lokaler Oszillator in Radarsystemen.

Radarempfänger verwenden örtliche Oszillatoren zur Erzeugung eines Signales, das mit einem empfangenen Signal gemischt wird, um die Frequenz des letzteren auf eine Zwischenfrequenz zu verschieben. Wenn die Frequenz des gesendeten Radarsignales konstant ist, dann ist auch das Signal des örtlichen Oszillators konstant. Bei vielen Arten des modernen Radars werden jedoch Frequenzsysteme verwendet, in welchen die Frequenz des gesendeten Signales über einen Bereich variiert wird, oft in einer scheinbar willkürlichen oder zufälligen Weise. Dies kann erfolgen, um Interferenzprobleme zu vermeiden oder Probleme infolge unerwünschten Rücksignalen, die als "Störflecke" bekannt sind. Bei solchen Frequenzsystemen ist es erforderlich, daß die Frequenz des örtlichen Oszillators der gesendeten Frequenz folgt und daß sie relativ stabil bleibt, wenn Rücksignale oder Echos empfangen werden. In manchen Fällen, z. B. wenn Impulskompressionstechniken verwendet werden, ist es wichtig, daß die Oszillatorfrequenz nicht driftet, wenn Echos empfangen werden, und dies hat zu Schwierigkeiten geführt. Es ist möglich, schnellschaltende Frequenz-Synthesiser zu verwenden, um stabile, aber schnell sich ändernde Ausgänge zu erzeugen, aber diese Synthesiser sind groß und teuer. Einfachere Formen von Generatoren, wie z. B. der spannungsabgestimmte Oszillator, sind nicht ausreichend stabil zur Verwendung in Verbindung mit Radar mit Impulskompression.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Mikrowellen-Frequenzgenerator zu schaffen, bei dem die vorgenannten

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Nachteile vermieden würden.

Nach der Erfindung ist hierzu ein Mikrowellen-Frequenzgenerator vorgesehen, der erste und zweite spannungsabgestimmte Mikrowellen-Oszillatoren aufweist, Schalter zum Anschluß des Ausganges für jeden der Oszillatoren an einen Ausgangsanschluß, Steuerungen zum Wählen des Ausganges von jedem Oszillator im Wechsel und Frequenzsteuerungen zur Einstellung der Oszillationsfrequenz jedes Oszillators auf einen erforderlichen Wert, während der Ausgang des anderen Oszillators durch die Schalter ausgewählt wird.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Generators zeigt.

Fig. 2 zeigt Wellenformen, die beim Betrieb des Generators nach Fig. 1 erzeugt werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform eines Teils des Generators nach Fig. 1.

In den Diagrammen der Fig. 1 und 3 sind die Wege der Mikrowellenenergie in dicken Linien, die Wege der Signale oder Daten in dünneren Linien dargestellt.

Der Generator nach Fig. 1 hat zwei spannungsgesteuerte Mikrowellen-Oszillatoren VCOA und VCOB, die beispielsweise Varactor-abgestimmte Transistor-Oszillatoren sein können. Der Mikrowellenenergieausgang des Oszillators VCOA ist über einen Schalter SWA, z. B. eine PIN-Diode, an einen Eingang eines 3-dB-Kopplers DC gelegt. Entsprechend ist der Ausgang des anderen Oszillators VCOB über einen zweiten Schalter SWB an den anderen Eingang des Kapplers DC gelegt. Die beiden

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Ausgänge der Richtungs-Koppler sind an Ausgangsanschlüsse OP1 und 0P2 gelegt.

Die soweit beschriebenen Komponenten bilden den Mikrowellenteil des Generators. Die übrigen Komponenten, wie sie nachfolgend beschrieben werden, bilden den Steuerungsteil des Generators. Die beiden Oszillatoren haben identische Steueranordnungen, und es wird nur diejenige für den Oszillator VCOA beschrieben.

Ein 6-Bit paralleler Digitaleingang, der die erforderliche Schwingungsfrequenz darstellt, wird an ein Register RA gelegt, wenn ein Aufdatierungssignal UA (auf den neuesten Stand gebrachtes Signal) an das Register gelegt wird. Die Inhalte des Registers werden an einen Digital-Analog-Wandler DAA gelegt, der seinerseits eine Steuerspannung über einen Steuerverstärker AA an den Steuereingang des Oszillators VCOA gibt. Dieselben Anordnungen gelten für den anderen Oszillator VCOB. Ein Schalter-Steuerungssignal SWS steuert die Tätigkeit der Schalter SWA und SWB.

Die Arbeitsweise des Generators wird nun anhand von Fig. 2 beschrieben. Es wird angenommen, daß der Oszillator VCOA mit einer Frequenz f1 arbeitet und der Oszillator VCOB auf eine Frequenz f2 abgestimmt und betriebsfertig ist. Diese Zeit wird als t bezeichnet. Wie in Fig. 2 bei a) dargestellt, ist der an die beiden Register angelegte Frequenz-Code FC gleich F3, der die nächste Betriebsfrequenz der Oszillatoren VCOA, nämlich f3 bestimmt. Der Schalter SA ist geschlossen und der Schalter SB geöffnet, so daß ein Ausgang mit der Frequenz f1 vom Oszillator VCOA über den Koppler DC geliefert wird, um zwei gleiche Signale an den beiden Ausgängen OP1 und 0P2 zu erzeugen.

Zum Zeitpunkt t wird das Signal UA kurzzeitig angelegt, wie bei b) gezeigt, um zu bewirken, daß der Frequenz-Code F3 an

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das Register RA gelegt wird. Gleichzeitig wird durch das Schaltsignal SWS, das bei d) gezeigt ist, der Schalter SWA geöffnet und der Schalter SWB geschlossen. Der Ausgang des Generators wechselt daher von f1 auf f2, auf welche Frequenz der Oszillator VCOB bereits abgestimmt worden ist, wie bei f) gezeigt ist. Der Oszillator VCOA wechselt die Frequenz von f1 auf f3 über ein Zeitintervall, wie bei e) gezeigt ist.

Sobald das Register RA mit dem Code F3 geladen worden ist, der die nächste Frequenz für VCOA angibt, kann der Code aufgrund F4 geändert werden, der die nächste Frequenz für VCOB angibt.

Die Zeit t₂ gibt den Zeitpunkt an, in welchem VCOA wieder auf die Frequenz f3 abgestimmt worden ist. Infolge der nach der Abstimmung auftretenden Drift, die spannungsgesteuerten Oszillatoren eigen ist, ist der Oszillator nicht betriebsbereit, und der Ausgang von VCOB wird benutzt, bis zum Zeitpunkt t₂· Zu diesem Zeitpunkt ist der Ausgang von VCOA stabil geworden, und das Schaltsignal SWS öffnet den Schalter SWB und schließt den Schalter SWA, so daß der Ausgang von VCOA nunmehr an die Ausgangsanschlüsse OP1 und OP2 gelegt wird. Nun wird das Signal UB angelegt, wodurch der Frequenzcode F4 an das Register RB gelegt wird, wodurch es dem Oszillator VCOB ermöglicht wird, mit der Rückabstimmung auf die Frequenz f4 zu beginnen. Dieses Verfahren wird fortgesetzt mit jedem Wechsel der Frequenz.

Man sieht, daß jeder Oszillator eine beträchtliche Zeit zur Verfügung hat, um die Frequenz zu stabilisieren, nämlich die Zeit (t₂ - t ) im Falle von VCOB. Dies ist weitmehr als die verfügbare Zeit, wenn nur ein Oszillator verwendet wird, da in diesem Fall nur die Zeit zwischen dem Ende der Radar-"Hör"-Zeit und dem nächsten gesendeten Impuls verfügbar ist. Die längere Zeit erlaubt es, den weniger stabilen aber

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weniger aufwendigen spannungsgesteuerten Oszillator zu verwenden .

Eine Anzahl von Modifikationen der oben beschriebenen Anordnung ist möglich, und diese sind in Fig. 1 dargestellt. In den meisten Fällen benötigen spannungsgesteuerte Oszillatoren eine Stabilisierung gegenüber Temperaturänderungen. Ein Temperatursensor TS ist am Oszillator angeordnet und ein Temperatur-Kompensationskreis gibt eine Kompensationsspannung an den Steuerungsverstärker AA, um eine Temperaturänderung zu kompensieren.

Wenn ein konstanter Frequenzausgang erforderlich ist, kann eine Bezugsspannung RV verwendet werden, um eine Steuerspannung an den Steuerverstärker AA zu legen.

Es ist möglich, einen kleinen Teil jedes Mikrowellenausganges mittels eines 20-dB-Kapplers DC2 über eine Schwellwertspannung TH abzugreifen, um ein Fehlersignal FS für jeden der Oszillatoren zu erzeugen.

Fig. 3 zeigt eine alternative Form der Steuerung für den Oszillator. Hier wiederum sind identische Steuerkreise für jeden Oszillator verwendet. In dieser Ausführungsform werden keine Register benutzt, und der digitale Frequenz-Code wird direkt an einen Digital-Analog-Wandler DA gelegt. Die vom Wandler erhaltene Steuerspannung wird an einen separaten Abtast- und Haltekreis (sample and hold circuit) für jeden Oszillator gelegt. Wie Fig. 3 zeigt, besteht jeder dieser Kreise aus einem Abtast- oder Abfrageschalter SSA (oder SSB), einem Abtastkondensator CA (oder CB) sowie einem Pufferverstärker. Der Schalter SSA wird durch das Signal UA geschlossen, wodurch der Kondensator CA auf die vom Wandler DA gelieferte Spannung aufgeladen wird. Wenn der Schalter SSA am Ende des Signales UA geöffnet wird, wird die im Kondensator CA gespeicherte Spannung über den Pufferverstärker an den

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* 3

Abstimm-Eingang des Oszillators VCOA gelegt. Der andere Abtast- und Haltekreis arbeitet in derselben Weise, gesteuert durch das Signal UB.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen erfolgt der Wechsel von einer Frequenz zur anderen sehr schnell, nämlich nur in der Arbeitszeit der Mikrowellenschalter SA und SB.

Wenn für die Schalter SA und SB Reflektorschalter verwendet werden, so sind Isolatoren zwischen jedem Schalter und dem zugehörigen Oszillator erforderlich, um eine Reflexion von Energie zurück in den Oszillator zu verhindern.

Claims

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Patentansprüche

.j Mikrowellen-Frequenz-Generator, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten spannungsgesteuerten Mikrowellen-Oszillator, Schaltern, um den Ausgang jeweils eines der Oszillatoren an einen Ausgangsanschluß zu legen, einer Schaltersteuerung, um den Ausgang jedes Oszillators im Wechsel zu wählen, sowie einer Frequenzsteuerung zur Einstellung der Oszillationsfrequenz jedes Oszillators auf einen erforderlichen Wert,während der Ausgang des anderen Oszillators durch den Schalter ausgewählt wird.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteuerung für jeden Oszillator eine Schaltung aufweist, die auf ein digitales Signal anspricht, das die erforderliche Oszillationsfrequenz angibt, um eine Frequenzsteuerspannung zu erzeugen,- die an den spannungsgesteuerten Oszillator gelegt wird.
3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung für jeden Oszillator ein Register aufweist zur Speicherung des digitalen Signales sowie einen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des gespeicherten digitalen Signales in eine FrequenzSteuerspannung.
4. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung für jeden Oszillator einen Digital-Analog-Wandler aufweist zum Umwandeln des digitalen Signales in die Frequenzsteuer'spannung sowie einen Speicher zum Speichern dieser Spannung, während sie an den Oszillator gelegt wird.
5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher einen Kondensator aufweist, der über eine vorgegebene Zeit an den Ausgang des Wandlers geschaltet ist.
6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen gerichteten Koppler mit zwei Eingängen, von denen jeder separat an einen der beiden Oszillatoren gelegt ist, und dessen zwei Ausgänge an die beiden Ausgangsanschlüsse gelegt sind, um zwei Ausgangssignale derselben Frequenz und Amplitude zu erzeugen.
7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Temperaturstabilisierschaltung, die mit jedem Oszillator verbunden ist, um eine Kompensationsspannung mit der an den Oszillator gelegten Frequenzsteuerspannung zusammenzufassen.

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