Mal den Frage: Wenn ich ein Signal bei einer Frequenz von ein paar MHz
habe, und das jeweils mische mit einem anderen Signal gleicher Frequenz,
und einer 90 Grad phasenverschobenen Version des anderen Signals, dann
bekomme ich ja die Amplitude der I- und Q-Anteile des Ursprungssignals.
Wenn ich nun die Amplitude des Ursprungssignals wissen moechte
(unabhaengig von der Phase), muss ich diese beiden Anteile quadrieren
und addieren, bekomme das Betragsquadrat. Wie macht man sowas mit
analoger Elektronik?
im Allgemeinen umgeht man diesen Aufwand. Du erzeugst deine 2. Frequenz,
die Referenzfrequenz über eine VCO-PLL mit Quadraturausgang. Dann
multiplizierst du den I/Q Anteil und tiefpassfilterst den Q Anteil und
fütterst damit den VCO deiner PLL. Damit hast du zwei Probleme
erschlagen:
1.) deine Referenzfrequenz wird der Eingangsferquenz folgen können,
sowohl in Frequenz wie in der Phasenlage
2.) die Phasenlage der Referenzfrequenz folgt exakt der Eingangsfrequenz
um 90 Grad versetzt.
3.) durch 1.) und 2.) wird der I-Anteil beim Mischen immer den korrekten
Betrag der Amplitude darstellen (nach Tiefpassfilterung)
Ergo: mit dieser Methode (Costas Loop zB.) brauchst du keine
Analogquadrierungen/radizierer mehr sondern der Betrag/Magnitude ist
direkt ablesbar.
Gruß hagen
Hallo Hagen,
das ist sehr interessant, danke!
Wie sieht es aber aus wenn im Signal noch andere Frequenzen vorkommen?
Kann ich dann den VCO sozusagen auf eine der Frequenzen locken? Also den
Frequenzbereich des VCO einschraenken auf einen erlaubten Bereich?
Baut man sowas diskret auf oder mit z. B. einem AD607 ?
Und was ist die Bandbreite von so einem loop?
Vielen Dank nochmal!
Braldi schrieb:> Wie sieht es aber aus wenn im Signal noch andere Frequenzen vorkommen?> Kann ich dann den VCO sozusagen auf eine der Frequenzen locken? Also den> Frequenzbereich des VCO einschraenken auf einen erlaubten Bereich?
Ja das kannst du natürlich. Jede VCO hat einen Regelbereich und dieser
wird vom Entwickler nach Bedürfnis der Anwendung festgelegt. Das kann
bis dahin führen das man nur mit einer festen Referenzfrequenz arbeitet
und nur die Phasenlage +-90 Grad nachregelt. Im Grunde hast du dann eine
DFT durchgeführt für nur diese Referenzfrequenz. Der VCO der PLL regelt
also nur noch die Phasenlage aus so das sie auf 0 bzw. 90 Grad zur
empfangenen Frequenz liegt. Wird nun das empfangene Signal mit der
I-Frequenz der Quadratur-PLL gemischt dann hast du nach
Tiefpassfilterung exakt die Magnitude, eg. Amplitude/Energie der
gesuchten Frequenz als DC Signal. Das was als Q-Anteil am VCO der PLL
anliegt ist nichts anderes als der Imaginäre Teil bei der DFT. Der
I-Anteil wäre der Realanteil der DFT verschoben auf 0 Grad Phasenlage,
also der Wert wenn der imaginäre Part der DFT gleich 0 ist.
>Und was ist die Bandbreite von so einem loop?
Die die man konstruktiv vorgesehen hat, ist also eine Frage der
jeweiligen Anwendung. Das hängt vom Fangbereich, der
Regelgeschwindigkeit und gesuchten Genauigkeit der PLL ab. Normalerweise
erzeugt ein Sender mit einem zB. 10MHz Quartz mit einer gebenen Toleranz
seine Sendesignale. Auf Empfängerseite der gleiche Quartz und die sich
maximal ergebenden Toleranzen dieser beiden Frequenzen bestimmen den
Fangbereich der PLL auf Empfängerseite. Somit kann man nur auf diese
10MHz+-x rechnen. Oder man möchte einen größeren Fangbereich der
eventuell einstellbar ist und hat damit einen durchstimmbaren
Funkempfänger etc.pp. gebaut.
>Baut man sowas diskret auf oder mit z. B. einem AD607 ?
Keine Ahnung, kenne das Teil nicht. Aber nach Überfliegen des
Datenblattes denke ich schon das man damit was anfangen kann in deiner
Richtung. Die Frage ist aber was ist deine anvisierte Richtung konkret
? Das geht nämlich aus deinen Fragen nicht eindeutig hervor, sie sind
eher allgemeiner Natur.
Die IQ-Demodulation kann man diskret, teildiskret wie mit dem AD607 bis
hin zu digital direkt mit dem per ADC digitilisiertem Basisband per
Software durchführen. Mit all diesen Wegen kann man eine LockIn
IQ-Demodulation auf fester Frequenz, per PLLs, Costa Loops etcpp.
synchron und asynchron durchführen.
Letzendlich steht dahinter immer die gleiche Mathematik die der DFT.
Gruß hagen
Braldi schrieb:> Wie sieht es aber aus wenn im Signal noch andere Frequenzen vorkommen?
Das hängt von den enthaltenen "Stör-Frequenzen" ab. Angenommen du suchst
ein reines Sinussignal und als Störung hat du ein nicht teilerfremdes
Rechtecksignal. Eine der sinusförmigen Oberwellen dieses
Rechtecksignales ist also gleich der gesuchten Frequenz. Dann hast du
als Magnitude der IQ Demodulation die Amplitude des gesuchten Sinuses
plus dem Anteil der Oberwellen des Rechtecksignales das stört. Oder das
Störsignal ist teilerfremd periodisch dann hast du Schwebungen auf dem
IQ-demodulierten DC-Signal die der Differenzfrequenz entspricht aus
gesuchter Frequenz und Störfrequenz. Das ist manchmal sogar erwünscht
und wird beim Runtermischen in der HF Technik benutzt die sogenannte
Zwischenfrequenz (ZF) entsteht.
Gruß hagen
Super, Hagen, danke fuer die ausfuehrliche Antwort!
Ja, im Grunde will ich eine DFT bei einer genau bekannten Frequenz
machen. Das ganze dient dazu, ein Fehlersignal abzuleiten, das der
Amplitude des Signals bei dieser Frequenz entspricht. Es wird dann auf
diese Amplitude gelockt, ohne weiter ins Detail zu gehen. Wie man
vermutlich merkt, habe ich nicht wirklich eine Ausbildung in E-Technik,
sondern bin ein unbedarfter Physiker. Die Loesung im Moment sieht so
aus, dass heruntergemischt wird auf 455 kHz und dann gefiltert per
Keramikfilter und dann detektiert (per AD 8307) - Superhet.
Funktioniert, aber: Der Filter limitiert die Bandbreite des Locks auf
ein paar kHz, ich haette es gerne schneller. Das mit einem ADC + DSP (vl
mit Goertzel?) zu loesen wuerde mich auch reizen, aber dafuer braeuchte
ich sicher noch laenger, mangels Erfahrung.
Der Grund dass ich so allgemein frage, ist das es mich interessiert, ich
aber nicht den Hintergrund habe. Costas loop hatte ich noch die gehoert,
ist aber das was ich suche!
Was waere denn ein geeigneter Quadratur-VCO ? Ich kenne nur die Dinger
von Mini Circuits, aber die scheinen nur einen Ausgang zu haben. Im
Grunde soll die Frequenz ja fix sein, und nur die Phase steuerbar. Geht
sowas mit einem Quarz? Falls man einen bei der genauen Frequenz
auftreiben kann. Der AD 607 scheint mindestens eine IF von 400 kHz zu
wollen (ist AC gekoppelt). Ich wuerde aber ja auf DC locken wollen. Das
scheint sich auszuschliessen.
Zu den Stoerfrequenzen: Das sind weitere Sinussignale ein paar MHz
entfernt. Also nichts was auf dieser Frequenz Komponenten hat.
Na ja, ich les mich da mal weiter ein.
Man sollte hier im Forum ein Bier ausgeben koennen!
Eine DFT bei einer bekannten Frequenz macht keinen Sinn. Du willst
Seitenbaender messen ?
Nochmals. Du moechtest einen AFC, der auf einen Resonator lockt? Der
Resonator kann sich veraendern, Der VCO muss drauf kleben bleiben ?
Oder was soll das Ganze? Bitte das Setup und den Zweck beschreiben. Wir
haben auch Physiker hier und raffen as Problem dann schon.
Ich glaube sofort dass hier genug Leute sind die das verstehen, ich
wollte das nur so einfach wie moeglich halten. Ich sehe aber ein dass
man dann nicht mehr versteht was ich brauche.
Also:
Wir haben einen optischen Resonator in den wir einen Laser koppeln. Die
Frequenz dieses Lasers soll so stabilisiert werden, dass er resonant
ist. Die Detektion erfolgt durch optisches Heterodyning, dazu wird der
Laserstrahl aufgeteilt, und der Teil der durch den Resonator geht wird
um 10 MHz verschoben, der andere Teil 'am Resonator vorbei' ist der
lokale Oszillator. Der Carrier ist also bei 10 MHz. Zum locken werden
jetzt mit einem EOM Seitenbaender bei +/- 3 Mhz aufmoduliert. Also haben
wir einen Traeger bei 10 Mhz, und Seitenbaender bei +/- 3 MHz. Das Teil
wird durch den Resonator geschickt. Wenn der Laser nicht resonant ist,
ist die Amplitude der Seitenbaender unterschiedlich, die Phase der
Seitenbaender wird auch durch den opt. Resonator veraendert. Im Grunde
will ich sowas wie Pound-Drever-Hall in Transmission.
Eine Version des Locks: Die opt. Phase von LO und Probe wird
stabilisiert, die Amplitude des Seitenbandes bekomme ich dann durch
heruntermischen bei der bekannten Frequenz/Homodyne. Stabilisiere ich
diese Amplitude auf den richtigen Wert, bin ich resonant. Nachteil: Man
braucht zwei verschachtelte Locks, die in nicht trivialer Weise
instabile Punkte haben. Absolutwert des Seitenbands ist der Lockpunkt.
Auch nicht besonders schnell (kHz).
Zweite Version: Beide Seitenbaender werden per Heterodyne detektiert,
die Differenz gibt das Fehlersignal. Keine Phaseninformation noetig und
robust. Also auch kein opt. Phasenlock. Aber langsam wg. des Filters
(paar kHz).
Daher also der Versuch das anders zu machen, so wie oben gefragt.
Anstelle von Heterodyne Homodyne. In meinen Augen hoert es sich gut an,
den opt. Phasenlock durch einen elektronischen zu ersetzen.
Was ich also will: Von meinen Seitenbaendern bekannter und fester
Frequenz aber beliebiger Phase die Amplitude so schnell und praezise wie
moeglich messen.
Doch. Auf alle Faelle. Entschuldige die Verzoegerung. Wie schon vermutet
ist eine DFT fuer die feste Frequenz quatsch. Denn du willst die
Seitenbaender messen. Das macht man per Synchrongleichrichtung. Lass
einen Synchrongleichrichter bei 10MHz laufen. Diesen
Synchrongleichrichter, zB einen Mixer, oder einen MC1496 treibst du mit
diesen 10 MHz um 90 Grad phasen verschoben gegenueber der Referenz. ZB
per Allpass verzoegert. Je nach Ungleichgewicht der Seitenbaender
erhaeltst du eine Negative oder Positive Gleichspannung. Diese gibst per
Integrator auf das Stellglied. Die Regelbandbreite kann sicher in den
kHz sein. Ich denke, dass das Hauptproblem mechanische Vibrationen sein
werden. Ich waer sonst auch per PN erreichbar.
Danke, T. roll, aber: die Phase des 10 MHz Carriers ist unbekannt und
veränderlich, da durch den optischen Resonator verschoben, in
Abhängigkeit von der Verstimmung. Um ein zum Carrier 90°
phasen-verschobenes Signal zu bekommen, muss ich immer noch einen
Phasenlock haben. Außerdem werden die Phasen der Seitenbänder auch noch
durch den opt. Resonator verschoben (verschieden i.A.), es sind also
nicht nur aufmodulierte Seitenbänder.
Aber die phase des 3 MHz ist fest. Die frequenz wird durch das EOM
vorgegeben. 3 MHz haben eine Wellenlaenge von 100m, wo soll da die Phase
hin? Die 90Grad sind nicht so kritisch. Damit gibt man das
Ungleichgewicht vor. Einen Phasenfehler quasi. Die Frequenz ist ja fest,
daher ist ein Allpass genuegend.
Wenn es nur der EOM wäre, ja. Aber dann kommt noch der optische
Resonator und verschiebt die Phase in Abhängigkeit von der Frequenz: gar
nicht für exakte Resonanz, sonst eben entsprechend eines harmonischen
Oszillators. Im Allgemeinen also verschiedenen für alle Komponenten.
