Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Frequenzmodulation eines hochfrequenten Signals, wobei das hochfrequente Signal mit einem Oszillator erzeugt wird, der durch Vergleich eines Istfrequenzsignals mit einem veränderbaren Sollfrequenzsignal geregelt wird.

In der Radartechnik, insbesondere bei Abstandssensoren, wird häufig eine zeitlineare Frequenzmodulation in Form von auf- und absteigenden Rampen benötigt. Dabei werden hohe Anforderungen an die Linearitat und die Symmetrie der Rampen gestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Frequenzmodulation eines hochfrequenten Signals anzugeben, mit denen bei geringem Aufwand eine hohe Genauigkeit erzielt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Istfrequenzsignal aus Impulsen mit einer mittleren Wiederholfrequenz besteht, die einer

Istfrequenz entspricht, wobei jeweils ein Impuls aus einer Flanke des hochfrequenten Signals abgeleitet ist und in seiner Phasenlage von einem vorgegebenen Takt festgelegt ist, daß das Sollfrequenzsignal aus Impulsen mit einer mittleren Wiederholfrequenz besteht, die einer Sollfrequenz entspricht und daß die Impulse einen Vorwärts-/Rückwärts-Zähler dekrementieren oder inkrementieren, aus dessen Zählerstand eine Steuerspannung für den Oszillator abgeleitet wird.

Die Ableitung der Flanken des hochfrequenten Signals kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedener Weise erfolgen. Bei sehr hohen Frequenzen, wie sie bei der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten, ist es vorteilhaft, wenn das hochfrequente Signal des Oszillators vor Gewinnung des Istfrequenzsignals mit einem Signal eines hochgenauen Referenz-Oszillators gemischt wird und das Istfrequenzsignal aus einem dabei entstehenden Mischprodukt gebildet wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das vom Oszillator stammende oder abgeleitete Signal vor Bildung des Istfrequenzsignals einer Frequenzteilung unterworfen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die aufgabengemäß erzielte Genauigkeit durch digitale Schaltungen erzielt werden kann, so daß ein Abgleich weder bei der Herstellung noch später erforderlich ist. Ebenso wenig sind Maßnahmen zur Kompensation von Temperatur- und Alterungseffekten notwendig.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Istfrequenzsignal enthält Impulse, deren Abstand untereinander entsprechend der zufälligen Phasenlage des Taktes und des aus dem hochfrequenten Signal gewonnenen Signals Schwankungen unterworfen ist. Im Mittel entsteht jedoch eine Frequenz, die der Frequenz des aus dem

hochfrequenten Signal abgeleiteten Signals entspricht - also auch die Frequenz des hochfrequenten Signals repräsentiert.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ableitung der Steuerspannung einem Kondensator in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Zählerstandes ein Strom in einer ersten oder zweiten, entgegengesetzten Richtung zugeführt.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Ableitung des Sollfrequenzsignals dem Inhalt eines Akkumulators im vorgegebenen Takt eine veränderbare Zahl hinzuaddiert wird und daß jeweils ein Impuls des Sollfrequenzsignals ausgegeben wird, wenn das höchstwertige Bit des Akkumulatorinhalts auf einen vorgegebenen Binärwert springt. Auch hierbei wird eine Impulsfolge generiert, bei der zwar die Impulse unterschiedliche Abstände aufweisen, die Frequenz jedoch im Mittel der Sollfrequenz entspricht.

Bei dieser Weiterbildung kann die Steigung der Rampen vorzugsweise dadurch bestimmt werden, daß die zu addierende veränderbare Zahl in einem weiteren Vorwärts-/Rückwärts-Zähler gespeichert und durch Dekrementieren und Inkrementieren des Zählers in Abhängigkeit von zugeführten Modulationssignalen verändert wird.

Zum Vorgeben einer Startfrequenz kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Vor-/Rückwärtszähler auf einen Startwert setzbar sein, welcher durch wiederholte Addition zum jeweiligen Akkumulatorinhalt ein Istfrequenzsignal entstehen läßt, das einem nicht frequenzmodulierten hochfrequenten Signal entspricht.

Bei der häufigsten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich bei der Erzeugung von zeitlinearen Rampen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß einem Vorwärts- und einem Rückwärtseingang des Vorwarts-/Rückwärts-Zählers je ein binäres Signal zuführbar ist, welches einen linearen Anstieg bzw. einen linearen Abfall der Frequenz bewirkt. Soll jedoch die Frequenzänderung nicht in zeitlinearer Weise erfolgen, so ist durchaus ein Dekrementieren und Inkrementieren mit einer vorgegebenen Zeitabhängigkeit möglich.

Für verschiedene Anwendungen ist eine Umschaltung der Steigung der Rampen erforderlich. Dazu kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, daß die Steigung des linearen Anstiegs bzw. des linearen Abfalls dadurch verringert wird, daß die binären Signale während eines Teils der Taktperioden unterbrochen werden. Insbesondere kann die Steigung dadurch halbiert werden, daß nur während jeden zweiten Taktimpulses die binären Signale zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens dadurch gelöst, daß das aus dem hochfrequenten Signal abgeleitete Signal einem Flankendetektor zuführbar ist, daß ein Ausgang des Flankendetektors mit einem ersten Zähleingang eines Vorwärts-/Rückwärts-Zählers verbunden ist, daß ein Ausgang eines Generators, der Impulse mit einer mittleren Frequenz erzeugt, die der Sollfrequenz entspricht, an einen zweiten Zähleingang angeschlossen ist und daß der

Vorwärts-/Rückwärts-Zähler mit Mitteln zur Ableitung einer Steuerspannung aus dem Zählerstand verbunden ist. Diese Anordnung enthält weitgehend digitale Schaltungen, die als integrierte Schaltkreise realisiert werden können.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, daß die Mittel zur Ableitung einer Steuerspannung zwei Stromquellen umfassen, die einem Kondensator in zueinander entgegengesetzter Richtung Strom zuführen und von denen jeweils eine oder, falls der Zählerstand "0" getrennt ausgewertet wird, zeitweilig auch keine in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Fehlerstandes eingeschaltet wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß der Generator einen Akkumulator enthält, zu dessen Inhalt im vorgegebenen Takt der Inhalt eines weiteren Vorwärts-/Rückwärts-Zählers hinzuaddiert wird und daß der weitere Vorwärts-/Rückwärts-Zähler im vorgegebenen Takt in Abhängigkeit von Modulationssignalen inkrementierbar oder dekrementierbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 den Verlauf der Frequenz des hochfrequenten Signals bei einer rampenförmigen Modulation und den Verlauf zugehöriger Modulationssignale, die der Anordnung nach Fig. 4 zuführbar sind,

Fig. 3 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Ableitung des Istfrequenzsignals und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Generators zur Erzeugung des Sollfrequenzsignals.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird das hochfrequente Signal in einem steuerbaren Oszillator 1 erzeugt, dem zur Frequenzeinstellung über ein Tiefpaßfilter 2 eine SteuerSpannung SP zugeführt wird. Für Abstandssensoren ist ein Frequenzbereich von 76 GHz bis 77 GHz freigegeben. Da Signale mit dieser Frequenz nicht ohne weiteres mit Schaltungsanordnungen, wie beispielsweise Frequenzteilern, verarbeitet werden können, erfolgt eine Mischung des hochfrequenten Signals S _CQ mit einem Signal S__, _F eines hochgenauen Referenz-Oszillators 3. Das Mischprodukt | f _ -f | wird einem Frequenzteiler 5 zugeleitet, der im Falle des Ausführungsbeispiels die Frequenz durch 128 teilt. Das Ausgangssignal FT des Frequenzteilers 5 ist ein Rechtecksignal mit einer Frequenz im Bereich von 2,625 MHz bis 4,578 MHz.

Die Frequenz f _vrn soll nun entsprechend Fig. 2 moduliert werden, d.h., von einer Ruhefrequenz von z.B. 76,375 GHz soll die Frequenz linear innerhalb von 1,161 ms um 250 MHz ansteigen und darauf wiederum in 1,161 ms auf 76,375 GHz abfallen. Der Anstieg und der Abfall sollen während jeweils eines der Modulationssignale M1 oder M2 erfolgen.

Zur Erzeugung dieses Verlaufs wird die dem steuerbaren Oszillator 1 über das Tiefpaßfilter 2 zugeführte Steuerspannung SP mit Hilfe eines synchronen Schaltwerks 6 zweier Stromquellen 7, 8 und eines Kondensators 9 gebildet. Das synchrone Schaltwerk 6 besteht aus einem Flankendetektor 10, einem Vorwärts-/Rückwärts-Zähler 11 und einem Generator 12 für das Sollfrequenzsignal.

Der Flankendetektor 10 bewirkt, daß nach jeder positiven Flanke des Ausgangssignals des Frequenzteilers 5 für die Dauer einer Periode eines zugeführten Takts CL eine "1" ausgegeben wird. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 anhand von Zeitdiagrammen der Signale FT und IF dargestellt, wobei die

senkrechten Linien den Takt CL darstellen und das dargestellte Frequenzverhältnis willkürlich gewählt ist. Die Flanken des Signals FT entsprechen den Nulldurchgängen eines Sinussignals oder eines zwischen positiven und negativen Werten wechselnden Rechtecksignals. Da die Flanken des Signals FT nicht mit dem Takt CL synchronisiert sind und ferner die Taktfrequenz nicht wesentlich größer als die Frequenz des Signals FT ist, weisen die Impulse des Istfrequenzsignals IF untereinander verschiedene Abstände auf, wobei jedoch die mittlere Frequenz der Frequenz des Signals FT entspricht, die im folgenden als Istfrequenz bezeichnet wird, obwohl sie sich von der Istfrequenz des hochfrequenten Signals unterscheidet.

Ein Generator 12 erzeugt Impulse, deren mittlere Frequenz dem Sollwert der Frequenz des Signals FT entspricht. Die Signale IF uns SF werden je einem Eingang des Vorwärts-/Rückwärts-Zählers 11 zugeleitet, wobei jeweils ein Impuls des Signals IF eine Inkrementierung und ein Impuls des Signals SF eine Dekrementierung des Zählerstandes bewirkt. Treffen zwei Impulse gleichzeitig ein, behält der Zählerstand seinen Wert.

Ist die Istfrequenz kleiner als die Sollfrequenz, so treffen Impulse des Signals SF häufiger ein als diejenigen des Signals IF. Der Zählerstand wird dann negativ. Ein den negativen Zählerstand anzeigendes Signal wird einer Stromquelle 7 zugeführt, welche den Kondensator 9 in einer frequenzerhöhenden Richtung lädt. Ist jedoch die Istfrequenz größer als die Sollfrequenz, wird der Zählerstand positiv und die Stromquelle 8 angesteuert, die frequenzvermindernd wirkt.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Generator 12 (Fig. 1). Ein Akkumulator 21 mit einer Kapazität von 19 Bit wird zusammen mit einem Vorwärts-/Rückwärts-Zähler 22 mit

einem bei 23 zugeführten Takt CL getaktet. Mit jedem Takt wird der Inhalt des Akkumulators 21 um den jeweiligen Zählerstand erhöht. Dem Akkumulator wird das höchstwertige Bit (MSB) entnommen. Mit Hilfe eines D-Flip-Flops 24, das ebenfalls mit CL getaktet wird, und einer Und-Schaltung 25 entsteht nach jedem Sprung des MSB von "0" auf "1" ein Impuls, dessen Breite der Periodendauer des Taktes CL entspricht. Diese Impulse werden als Signal SF dem Vorwärts-/Rückwärts-Zähler 11 (Fig. 1) zugeleitet.

Einem Eingang 27 wird ein Anfangswert für den Vorwärts-/Rückwärts-Zähler 22 zugeleitet. Dieser Wert ist beispielsweise BOOO(hex), was eine Startfrequenz von 336 MHz bedeutet. Bei einer Taktfrequenz von 21 MHz entfallen auf eine Rampe von 1,161 ms 24381 Takte. Der Frequenzhub beträgt 250 MHz, wenn bei jedem Takt der Vorwärts-/Rückwärts-Zähler 22 um "1" inkrementiert oder dekrementiert wird. Dazu werden Eingängen 28, 29 die in Fig. 3 dargestellten

Modulationssignale M1 und M2 zugeleitet. Die Und-Schaltungen 30, 31 sind in diesem Fall für die Signale M1 und M2 ständig durchlässig.

Zur Verringerung der Steigung der Rampen wird über einen Eingang 32 einem invertierenden Eingang einer Oder-Schaltung 33 eine "1" zugeleitet. Der andere Eingang der Oder-Schaltung 33 ist mit dem Ausgangssignal eines Zweiteilers 34 belegt, der mit dem Takt CL getaktet wird. Die Oder-Schaltung 33 leitet dann abwechselnd eine "1" oder eine "0" an die Und-Schaltungen 30, 31 weiter, so daß während jeden zweiten Takts eine Inkrementierung bzw. Dekrementierung des Vorwärts-/Rückwärts-Zähler 22 unterbleibt.

Zur Erzielung einer Rampe mit der vollen Steigung wird dem Eingang 32 eine "0" zugeleitet, die in der Oder-Schaltung 33 als "1" unabhängig vom Pegel am anderen Eingang zu den

Und-Schaltungen 30, 31 weitergeleitet wird, so daß die Signale M1 und M2 nicht unterbrochen werden.