DE2713549C3

DE2713549C3 - Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung

Info

Publication number: DE2713549C3
Application number: DE2713549A
Authority: DE
Inventors: Pieter Hilversum Bikker (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1980-11-27
Also published as: DE2713549A1; FR2347821A1; DE2713549B2; JPS52123856A; JPS6046843B2; US4160960A; FR2347821B1; CA1091311A; NL7603687A; GB1519944A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung mit einer HF-Trägerstufe, an deren Ausgang über je einen ' /^-Transformator mindestens zwei in ihrer Größe regelbare, Impedanzen angeschlossen sind, die von Modulationssignalquellen angesteuert werden.

Eine derartige Anordnung wird u. a. in Funknavigationssystemen zur Azimut-Bestimmung, insbesondere in einem sogenannten »Doppler Very High Omni-range Radio«-(DVOR-)System verwendet. In einem Doppelseitenband-Doppler -VOR-System enthält die Sendeanordnung eine in die Mitte eines Kreises gestellte Antenne, die mit einem allseitig gerichteten Strahlungsmuster ein mit einem 30-Hz-Signal amplitudenmoduliertes Trägersignal ausstrahlt und eine Anzahl, beispielsweise 48, Antennen regelmäßig über den Umfang des Kreises verteilt, mit deren Hilfe ein mit einer Geschwindigkeit von 30 Hz sich drehendes Richtstrahlungsmuster ausgestrahlt wird, und zwar dadurch, daß nacheinander Paare diametral einander gegenüberliegender Antennen erregt werden, wobei einer Antenne eines Paares das obere Seitenbandsignal und der anderen Antenne das untere Seitenbandsignal des von einem 9960-Hz-Hilfssignal modulierten Trägersignals zugeführt wird. Dabei ist die Phase des 30-Hz-Signals des allseitig gerichteten Strahlungsmusters gegenüber der Phase einer durch Drehung des Richtstrahlungsmusters erhaltenen 30-Hz-Frequenzmodulation auf dem Hilfssignal derart gewählt worden, daß diese in einer bestimmten Richtung zusammenfallen. Dadurch, daß an einer beliebigen Stelle der Phasenunterschied zwischen den genannten Signalen gemessen wird, ist das Azimut, unter dem dieser Punkt liegt gegenüber der bestimmten Richtung bekannt

Die eingangs erwähnte Anordnung bezweckt, eines der in der Sendeanordnung erzeugten Seitenbandsigna-Ie zu verstärken und den Antennen zuzuführen. Dazu ist die HF-Trägerstufenanordnung als Leistungsverstärker ausgebildet und jede der Impedanzen ist als Parallelschaltung einer durch eine an die Anordnung angeschlossene Antennenspeiseleitung gebildeten Belastungsimpedanz und einer mit dem Steuereingang versehenen Absorptionsschaltung ausgebildet

Um zu vermeiden, daß durch plötzliches Umschalten von der einem Antenne auf die nächste Antenne unerwünschte Frequenzanteile erzeugt werden, wird eine gleichmäßigere Umschaltung angewandt Dazu ist die Form der den Sieuereingängen der Absorptionsschaltung zugeführten Modulationssignale ein Halbsinus, der bei einem Sender, bei dem beim Umschalten nur zwei aufeinanderfolgende Antennen gleichzeitig angeregt sind, vorzugsweise um 180° C phasenverschoben ist Diese Modulationssignale ändern die Impedanzen der als PIN-Dioden ausgebildeten Absorptionsschaltungen und damit die Abschlußimpedanzen der V+Ä-Transformatoren. Dadurch ist die Impedanz der Stelle der gemeinsamen Anschlußklemme nicht konstant; dies hat zur Folge, daß ein sich ändernder Teil des vom Leistungsverstärker der HF-Trägerstufe dieser Klemme zugeführten HF-Signals reflektiert wird, was u. a. zu Phasenverzerrung im Leistungsverstärker führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Impedanz an der Stelle der gemeinsamen Anschlußklemme von den regelbaren Impedanzen unabhängig zu machen.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist dazu das Kennzeichen auf, das eine mit der Modulationssignalquellen verbundenen Summieranordnung vorgesehen ist, deren Ausgang zum Zuführen der Modulationssignale über eine Steuerklemme an die HF-Trägerstufe mit dieser verbunden ist, so daß eine der Summe der Modulationssignale proportionales amplitudenmoduliertes Trägersignal abgegeben wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Schaltplan der Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 den Ersatzschaltplan der in F i g. 1 dargestellten Anordnung,

so F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der in F i g. 1 dargestellten Anordnung,

Fig.4 Modulationssignale, die in dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel auftreten.
Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine HF-Trägerstufe 1, die über eine Übertragungsleitung 2 einer gemeinsamen Anschlußklemme 3 ein Trägersignal zuführt. Von dieser Anschlußklemme 3 wird das Trägersignal einerseits über einen ersten 'AA-langen Übertragungsleitungsabschnitt 4 mit der Ausgangsklemme 5 einer ersten in ihrer Größe regelbaren Impedanz und andererseits über einen zweiten '/^-langen Übertragungsleitungsabschnitt 7 mit der Ausgangsklemme 8 einer zweiten in ihrer Größe regelbaren Impedanz 9 zugeführt Die Impedanzen 6 und 9 sind mit Steuereingängen 10 und 11 versehen, denen von den Modulationssignalquellen 12 und 13 Modulationssignale zugeführt werden, und zwar derart, daß diese Modulationssignale die Größe der Impedan-

zen 6 und 9 ändern.

Die Abschlußimpedanz der Übertragungsleitung 2 wird durch die Parallelschaltung der Eingangsimpedanzen der durch die '/^-langen Übertragiingsleitungsabschnitte 4 und 7 gebildeten '/^-Transformatoren gebildet Diese Eingangsimpedanzen entsprechen den durch die '/+^-Transformatoren 4 und 7 transformierten Impedanzen 6 und 9. Wegen der Tatsache, daß die Impedanzen 6 und 9 durch die Modulationssignale in ihrer Größe geändert werden, hat diese Abschlußimpedanz ebenfalls einen in seiner Größe sich ändernden Wert Am Ende der Übertragungsleitung 2 tritt dadurch eine in ihrer Größe sich ändernde Reflexion auf, die das einwandfreie Funktionieren der HF-Trägerstufe beeinträchtigt

Damit diese Reflexionen vermieden werden, werden die von den Modulationssignalquellen 12 und 13 abgegebenen Modulationssignale in einer Summieranordnung summiert und dieses Summensicnal wird einer Steuerklemme 15 in der Figur nicht dargestellter Modulationsmittel für die HF-Trägerstufe 1 zugeführt, damit diese ein vom Summensignal amplitudenmoduliertes Trägersignal abgibt

Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird an Hand des in Fig.2 dargestellten Ersatzschaltplanes näher erläutert.

In dieser Figur sind die Ströme, die über die Übertragungsleitung 2, über die gemeinsame Anschlußklemme 3, die '^-Transformatoren 4 und 7 und über die Ausgangsklemmen 5 und 8 durch die Impedanzen 6 und 9 fließen, infolge diesen Belastungsimpedanzen zugeführter Modulationssignale und die dazugehörenden Spannungen dargestellt.

Die durch die Modulationssignale an der Belastungsimpedanz bestimmten Spannungen sind durch E\ und £·> bezeichnet.

Ein '/^-langer Übertragungsleitungsabschnitt hat die Eigenschaft, daß die Eingangsimpedanz dem Quadrat der charakteristischen Impedanz dieser Übertragungsleitung geteilt durch die Abschlußimpedanz entspricht. Die Eingangsimpedanz ist also der Abschlußimpedanz umgekehrt proportional, was bedeutet, daß die Ausgangsspannung dem Eingangsstrom proportional ist und umgekehrt. Die Eingangsströme sind für den ersten '/•!/!,-Transformator 4 bzw. den zweiten '/^-Transformator 7 durch //und Ι-ΐ bezeichnet. Es gilt (olglich:

E₁ = A I{

E₁ = A Ii

Die Summe der Eingangsströme wird durch die Übertragungsleitung 2 der gemeinsamen Anschlußklemme 3 zugeführt und entspricht:

I₁ = U + Η

Substitution von (1) und (2) in (3) ergibt:
/, = (E₁ + E₂)ZA . (4)

Die HF-Trägerstufe 1 liefert unter Ansteuerung der Summe der Modulationssignale eine Spannung entsprechend

(E₁ + E₂).

Aus (4) und (5) folgt daß die Impedanz an der Stelle der Anschlußklemme 3 dem nachfolgenden Wert entspricht:

Dadurch, daß die Größe von A entsprechend der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung 2 gewählt wird, ist diese Übertragungsleitung 2 reflexionsfrei abgeschlossen, wodurch die Änderungen der

ίο Größen der regelbaren Impedanzen das einwandfreie Funktionieren der HF-Trägerstufe nicht beeinträchtigen.

Es sei bemerkt daß in der obenstehenden Erwägung auch von den durch die Impedanzen 6 und 9 fließenden Strömen I\ und h ausgegangen werden kann. Die HF-Trägerstufe 1 muß dann der gemeinsamen Anschlußklemme 3 einen durch die Summe der Modulationssignale amplitudenmodulierten Strom zuführen.
Weiter können als die in der Figur nicht dargestellten Modulationsmittel bekannte Amplitudenmodulatoren verwendet werden.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung wird u. a. im Sender eines Doppler-VOR-Navigationssystems angewandt.

Von diesem Sender ist in Fig.3 der Teil zum Erzeugen und Verstärken eines unteren bzw. oberen Seitenbandsignals und zum aufeinanderfolgenden Zuführen dieses Signals zu den Antennen dargestellt
Dazu enthält die HF-Trägerstufe 1 einen Trägersignalgenerator 16 und einen Hilfssignalgenerator 17, der eine 9960-Hz-Signal erzeugt. Die beiden Signalgeneratoren sind an einen Modulator 18 angeschlossen, der einem Leistungsverstärker 19 ein oberes oder unteres Seitenbandsignal abgibt. Das von diesem Verstärker 19

verstärkte Signal wird über die Übertragungsleitung 2 einerseits über den 'M-Transformator 4 der Ausgangsklemme 5 und andererseits über den '/+^.-Transformator 7 der Ausgangsklemme 8 zugeführt Mit der Ausgangsklemme 5 ist über eine Antennenspeiseleitung 20 eine Gruppe von 24 geradzahligen Antennen von 48 an einem Kreisumfang in regelmäßigen Abständen voneinander angeordneter Antennen verbunden und mit der Ausgangsklemme 8 über eine Antennenspeiseleitung 21 die 24 ungeradzahligen Antennen. Dabei werden auf nicht dargestellte Weise die Antennen aufeinanderfolgend an die Speiseleitungen 20 und 21 angeschlossen, und zwar zur Simulation eines sich mit einer Geschwindigkeit von 30 Hz am Kreisumfang bewegenden strahlenden Elementes. Damit vermieden wird, daß plötzlich von der einen Antenne auf eine benachbarte Antenne umgeschaltet wird, werden die den Antennen zugeführten Signale durch Absorptionsschaltungen 22 und 23 amplitudenmoduliert, und zwar mit einem halben Sinus und einem halben Cosinus. Auf diese Weise wird erhalten, daß wenn eine Antenne die maximale Strahlungsleistung erreicht hat, die benachbarte Anten-(3) ne eingeschaltet wird. Die Hälfte der Periodenzeit der

Modulationssignale später strahlen die beiden Antennen je die halbe Leistung aus und wieder die Hälfte der Periodenzeit der Modulationssignale später wird die genannte eine Antenne ausgeschaltet, die benachbarte Antenne strahlt die volle Leistung aus und die ihr benachbarte Antenne wird eingeschaltet usw.
Die Modulationssignale werden in einem Modulationssignalgenerator 24 erzeugt, der ein sinusförmiges Signal von 360 Hz zwei daran angeschlossenen Phasendrehern 25 und 26 zuführt. Diese drehen die (5) Phase +45° und -45° und führen diese Signale über

I	ί	C	i
I	:i
j	ΐ
I

i		I
I		!
1
I
i-
		I
ί
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]

=
1
j
ϊ
j
I Ϊ	€
I

S
I
I
ί
i

Zweiweggleichrichter 27 und 28 Absorptionsschaltungen 22 und 23 zu.

Die diesen Absorptionsschaltungen 22 und 23 zugeführten halben Sinus- bzw. halben Cosinus-Schwingungen von 720 Hz sind in F i g. 4 dargestellt und durch 31 bzw. 32 bezeichnet

Die Absorptionsschaltungen 22 und 23 enthalten PIN-Dioden 33 bzw. 34, die zwischen den Anschlußklemmen 5 bzw. 8 und den Anschlußklemmen 35 bzw. 36 liegen. Diese Anschlußklemmen 35 und 36 sind über Kondensatoren 37 und 38, die zum Sperren der Modulationssignale dienen, mit Erde verbunden.

Die Modulationssignale werden über Differenzverstärker 39 und 40 den Anschlußklemmen 35 und 36 zugeführt Die Augenblickswerte der Widerstände der PIN-Dioden werden durch die Augenbückswerte der ihnen zugeführten Modulationssignale bestimmt, so daß die über die Übertragungsleitungen 20 und 21 den Antennen zugeführten HF-Trägersignale einen Amplitudenverlauf entsprechend den in Fig.4 dargestellten Modulationssignalen 31 und 32 aufweisen.

Die zwischen der Anschlußklemme 5 und Erde liegende Spannung entspricht also:

pedanz und Ro die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitungsabschnitte 4 und 7. (12) substituiert in (10) und (11) ergibt:

E₃ =

und

E₃ = (R₀ZR₈)E₈.

ίο Weiter werden die Modulationssignale 31 und 32 in einer Summieranordnung 14 summiert, wodurch das in Fig.4 dargestellte Summensignal 41 erhallen wird. Dieses Summensignal 41 wird über einen Differenzverstärker 42 der Steuerklemme 15 von Modulationsmitteln im Leistungsverstärker 19 zugeführt, wodurch dieser der allgemeinen Anschlußklemme ein HF-Signal mit einer Modulationsspannung E₃ zuführt, die dem Summensignal 41 entspricht.
Es gilt folglich:

20

£5 = (COS· φ) Ε

und die zwischen der Anschlußklemme 8 und Erde liegende Spannung entspricht also:

E₈ = (sin · φ) Ε .

E₃ = E₅ + E₈.
Aus (15), (7) und (8) folgt:
£₃ = (cos · ? + sin </) E .

(16), (7) und (8) substituiert in (13) ergibt: E (sin -<j +cos 9!) = [(R₁ + R₀)ZR₁]E sin · ?

30

Die an die Anschlußklemme 5 angeschlossene Belastung entspricht

R₅ = WfR₁

35

wobei Ro die Impedanz der Antennenspeiseleitung ist und der charakteristischen Impedanz dieser Leitungen entspricht, wenn diese gut abgeschlossen ist und wobei R\ der Augenblickswert des Widerstandes der PIN-Diode 33 ist Auf gleiche Weise entspricht die an die Anschlußklemme 8 angeschlossene Belastung dem Wert:

woraus folgt:

R₁ =
und (16), (6) und (9) substituiert in (14) ergibt:

R₂ = K₀CoIg?. (18)

Die Impedanz in der gemeinsamen Anschlußklemme wird durch die Parallelschaltung der Eingangsimpedanzen der '/+/!.-Transformatoren gebildet. Diese Impedanz entspricht also:

R₃ = 1/(1/Z₁₄. + 1/Z_n).

= 1/(1/R₂-MAR₀),

wobei Ä2 der Augenblickswert des Widerstandes der PIN-Diode 34 ist und Ro die Impedanz der Antennenspeiseleitung 21.

Die Spannung £3 der allgemeinen Anschlußklemme 3 kann in den Spannungen E₅ und E_s der Ausgangsklemmen 5 und 8 ausgedrückt werden. Wegen der transformierenden Wirkung der '/+^-Transformatoren gilt:

(9) 45 (17) und (18) in (8) und (9) und diese Auskünfte in (12) ergeben:

Z₁₄ = R₀-(Ig₇ +1)
und
Z_n = R₀-(COIg? + 1)

(20) und (21) in (19) ergibt zum Schluß

E₃= fZ-JR₅ E₅

55

und

E₃ =

wobei ZiA und Zn die Eingangsimpedanzen der ¹/4A-Transformatoren 4 und 7 sind. Für einen V^-Transformator gilt jedoch:

60

65

wobei Zi die Eingangsimpedanz ist Ru die Ausgangsim-Daraus folgt, daß die Übertragungsleitung 2 mit der charakteristischen Impedanz Ro abgeschlossen ist und dort keine Reflexionen auftreten, trotz der sich ändernden Impedanzen Ri und R₂ der PIN-Dioden 33 und 34.

Zum Erhalten genauer Spannungssignale an den Anschlußpunkten 3,4 und 8 sind diese Punkte über als Dioden 43, 44 und 45 ausgebildeten umhüllenden Detektoren an den negativen Eingaingsklemmen der Differenzverstärker 42,39 und 40 zu den Anschlußklemmen 35 und 36 und zum Steuereingang 15 zurückgekoppelt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung mit einer HF-Trägerstufe an deren Ausgang über je einen '/+^-Transformator mindestens zwei in ihrer Größe regelbare Impedanzen angeschlossen sind, die von Modulationssignalquellen angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Modulationssignalquellen (12, 13) gekoppelte Summieranordnung (14) vorgesehen ist, deren Ausgang zum Zuführen der Modulationssignale über eine Steuerklemme (15) an die HF-Trägerstufe (1) mit dieser verbunden ist, so daß ein der Summe der Modulationssignale proportionales amplitudenmoduliertes Trägersignal abgegeben wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der gemeinsamen Anschlußklemme (3) und der Steuerklemme (15) ein Gegenkopplungskreis vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungskreis einen Differenzverstärker (42) enthält, dessen einer Eingang an den Ausgang der Summieranordnung (14) angeschlossen ist und dessen anderer Eingang über einen Umhüllenden-Detektor (43) mit der gemeinsamen Anschlußklemme (3) verbunden ist und dessen Ausgang an die Steuerklemme (15) angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Doppler-VOR-Systcm verwendet wird.