Digitale Mischer

07/06/2008 - 02:51 von Michael Eggert | Report spam
Moin!

So ganz mag es das Subject vielleicht nicht treffen, aber ich brauche
mal ein wenig Inspiration:


Gegeben ist ein System, welches 3 Signale liefert:

LO1: 70 MHz mit schnellem +-5 MHz Frequenzrauschen
LO2: 140 MHz mit schnellem +-5 MHz Frequenzrauschen

Diese beiden werden ausgesendet und kommen als individuell frequenz-
verschobene Pulse auf einem gemeinsamen Empfànger wieder an:

RF : Summe beider Signale + jeweils Frequenzversatz bis +-20 MHz
+ starkem Empfàngerrauschen


Der besagte Frequenzversatz (mit Vorzeichen) zwischen LO und RF ist
das, was uns an Information interessiert. Auszàhlen geht aufgrund des
Rauschens und der nur kurzen Pulse nicht.

Momentan wird RF analog demoduliert (mittels LO1, LO2), so daß sich
dadurch Pulse mit mit dem jeweiligen Frequenzversatz ergeben. Diese
Pulse müsste man zur weiteren Verarbeitung digitalisieren, so daß die
gesamte Kiste dann folgendermaßen aussàhe:

RF
-> wird für aufgesplittet
-> jeweils ein Bandpass (70 bzw. 140 MHz)
-> jeweils ein Quadraturdemodulator mit Ausgàngen Real/Imaginàrteil
-> Tiefpàsse für Real/Imaginàrteil je Demodulator, also gesamt 4
-> 4 ADCs für bis zu 20 MHz, also fs > 100 MHz für brauchbare Info.

Das unangenehme daran ist die Laufzeit des RF-Signals, die gemeinsam
mit dem schnellen Frequenzrauschen der LO-Signale für zusàtzliches
Phasenrauschen im demodulierten Signal sorgt. Dies verhindern wir
momentan einfach mit entsprechend langen Kabeln zwischen LO und
Demodulatoren, die dafür sorgen, daß die Signale via LO- und RF-Zweig
wieder zeitgleich im Mischer ankommen und sich das Frequenzrauschen
der LO somit bei der Demodulation aufgebt. Dummerweise àndert sich die
Laufzeit mit der Systemkonfiguration, so daß man immer neue
Verzögerungsleitungen von 1-10m Lànge einfügen darf.

Kommen wir also zum kreativen Teil Gibt es einstellbare
Verzögerungsleitungen im besagten Frequenzbereich für 3..30ns? Ich
meine jetzt keine "Posaune" sondern schon irgendwas kleines.

Andernfalls denke ich halt darüber nach ob es möglich wàr, alle drei
Signale direkt (oder höchstens gefiltert) zu digitalisieren und die
Verzögerung und gesamte Mischerei in Software zu erschlagen.
Dummerweise zeigt uns die Erfahrung, daß wir die Verzögerung durchaus
in Schritten <= 1ns einstellen wollen, woraus sich eine Samplefrequenz
von mindestens 1 GHz ergàbe. Hab ich grad nicht in der Schublade.

Wenn ich die LO nur durch einen Schmitt jage, also bloß mit 1 Bit
digitalisiere, dieses dann verzögere (Schieberegister) und analog
-ààh- digital -ààh- mische... also wenn ich RF mit +-1 multipliziere
um dann doch erstmal analog zu filtern, dann bekomme ich zusàtlich zu
den Oberwellen wohl auch böse Effekte durch die Zeitdiskretisierung
der LO ins Basisband, oder?

Nunja, hier würde ich mich durchaus mal über ein paar Anregungen
freuen. Momentan bin ich für alles offen, was vom Aufwand her ungefàhr
im Rahmen der besagten ananlogen Mischung + nachfolgenden AD-Wandlung
bleibt. Es kommt nicht auf den Cent an, die bisher eingesetzten
analogen Teile von Minicircuits gibts auch nicht für umme - vom Rest
des Systems ganz zu schweigen. Auch mit "Boutique" hab ich kein
Problem, solange man denn eine handvoll Teile davon kaufen kann. Alles
Forschung eben

Dank und Gruß,
Michael.
 

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#1 Joerg
07/06/2008 - 03:14 | Warnen spam
Michael Eggert wrote:
Moin!

So ganz mag es das Subject vielleicht nicht treffen, aber ich brauche
mal ein wenig Inspiration:


Gegeben ist ein System, welches 3 Signale liefert:

LO1: 70 MHz mit schnellem +-5 MHz Frequenzrauschen
LO2: 140 MHz mit schnellem +-5 MHz Frequenzrauschen

Diese beiden werden ausgesendet und kommen als individuell frequenz-
verschobene Pulse auf einem gemeinsamen Empfànger wieder an:

RF : Summe beider Signale + jeweils Frequenzversatz bis +-20 MHz
+ starkem Empfàngerrauschen




Das waere ja eine saftige Dopplerverschiebung, falls es eine ist.


Der besagte Frequenzversatz (mit Vorzeichen) zwischen LO und RF ist
das, was uns an Information interessiert. Auszàhlen geht aufgrund des
Rauschens und der nur kurzen Pulse nicht.




Richtig, Zero Crossings zaehlen kann man bei schwachem Signal vergessen.
Ist bei uns im Ultraschall auch so, warum soll es Euch da besser gehen
... ;-)

Falls es ein Dauersignal ist, koennte man allerdings auch per
Frequenz-Scan die Maxima finden.


Momentan wird RF analog demoduliert (mittels LO1, LO2), so daß sich
dadurch Pulse mit mit dem jeweiligen Frequenzversatz ergeben. Diese
Pulse müsste man zur weiteren Verarbeitung digitalisieren, so daß die
gesamte Kiste dann folgendermaßen aussàhe:

RF
-> wird für aufgesplittet
-> jeweils ein Bandpass (70 bzw. 140 MHz)
-> jeweils ein Quadraturdemodulator mit Ausgàngen Real/Imaginàrteil
-> Tiefpàsse für Real/Imaginàrteil je Demodulator, also gesamt 4
-> 4 ADCs für bis zu 20 MHz, also fs > 100 MHz für brauchbare Info.




So ist das an sich auch ueblich und danach den arctan aus der Suppe
rausfischen.


Das unangenehme daran ist die Laufzeit des RF-Signals, die gemeinsam
mit dem schnellen Frequenzrauschen der LO-Signale für zusàtzliches
Phasenrauschen im demodulierten Signal sorgt. Dies verhindern wir
momentan einfach mit entsprechend langen Kabeln zwischen LO und
Demodulatoren, die dafür sorgen, daß die Signale via LO- und RF-Zweig
wieder zeitgleich im Mischer ankommen und sich das Frequenzrauschen
der LO somit bei der Demodulation aufgebt. Dummerweise àndert sich die
Laufzeit mit der Systemkonfiguration, so daß man immer neue
Verzögerungsleitungen von 1-10m Lànge einfügen darf.




Warum braucht Ihr denn das +/-5MHz Frequenzrauschen? Ich habe schon
viele solcher I/Q Chosen entwickelt, aber Verzoegerungsleitungen haben
wir dabei nie gebraucht. Beim Beamformer dann schon, aber der sass ja
davor und ist im Prinzip nur eine glorifizierte elektronische
Parabolantenne.


Kommen wir also zum kreativen Teil Gibt es einstellbare
Verzögerungsleitungen im besagten Frequenzbereich für 3..30ns? Ich
meine jetzt keine "Posaune" sondern schon irgendwas kleines.




Mehr als 1nsec ist bei 70MHz oder 140MHz absolut aetzend, die bandbreite
geht floeten. Darunter kann man per Servo-LC or LR einen einstellbaren
Schieber bauen. Ersteren mit Varicap, aber da mir meist die Erzeugung
der 20-30VDC zu laestig waren, nahm ich lieber LR, wobei R ein FET-Paar
ist. PIN-Diode geht auch, ist aber schlecht in den Servo einzubinden.


Andernfalls denke ich halt darüber nach ob es möglich wàr, alle drei
Signale direkt (oder höchstens gefiltert) zu digitalisieren und die
Verzögerung und gesamte Mischerei in Software zu erschlagen.
Dummerweise zeigt uns die Erfahrung, daß wir die Verzögerung durchaus
in Schritten <= 1ns einstellen wollen, woraus sich eine Samplefrequenz
von mindestens 1 GHz ergàbe. Hab ich grad nicht in der Schublade.

Wenn ich die LO nur durch einen Schmitt jage, also bloß mit 1 Bit
digitalisiere, dieses dann verzögere (Schieberegister) und analog
-ààh- digital -ààh- mische... also wenn ich RF mit +-1 multipliziere
um dann doch erstmal analog zu filtern, dann bekomme ich zusàtlich zu
den Oberwellen wohl auch böse Effekte durch die Zeitdiskretisierung
der LO ins Basisband, oder?




Den LO verzoegern kann Du schon ueber LC und dann Schmitt. Dabei mehrere
LC Sektionen hintereinander, per MUX auswaehlen und hintendran das oben
beschrieben zur Feineinstellung, falls Ihr eine braucht. Alternativ zu
LC gehen auch Koaxschnipsel, aber das wird ein ziemliches Buendel.
Stripline-Maeander auf der Leiterplatte waere natuerlich absolut edel.


Nunja, hier würde ich mich durchaus mal über ein paar Anregungen
freuen. Momentan bin ich für alles offen, was vom Aufwand her ungefàhr
im Rahmen der besagten ananlogen Mischung + nachfolgenden AD-Wandlung
bleibt. Es kommt nicht auf den Cent an, die bisher eingesetzten
analogen Teile von Minicircuits gibts auch nicht für umme - vom Rest
des Systems ganz zu schweigen. Auch mit "Boutique" hab ich kein
Problem, solange man denn eine handvoll Teile davon kaufen kann. Alles
Forschung eben




Sollte eigentlich wie oben skizziert ohne Boutique-Teile funktionieren ;-)

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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