-
-
Verfahren zur Anpassung einer komplexen T astimpedanz an
-
eine reelle Anschlußimpedanz Die Erfindung betrifft ein Verfahren
der im Oberbegriff des Patentanspruchs i beschriebenen Art zur Anpassung einer komplexen
Lastimpedanz an eine reelle Anschlußimpedanz.
-
Ein häufiger Einsatzfall solcher Impedanzanpassungen ist die Anpassung
einer Antenne an ein Sende- oder Empfangsgerät. Das Gerät hat im allgemeinen eine
reelle Anschlußimpedanz RA, während die Impedanz der Antenne i. a.
-
komplex und nicht als für alle Situationen konstant anzusehen ist,
da unter Umständen verschiedene Antennen anzuschließen sind, die Antennenimpedanz
frequenzabhängig ist und die Umgebung der Antenne deren Impedanz mit beeinflußt.
-
Für solche Fälle sind Abstimmgeräte in Gebrauch, die z. B.
-
iterativ und/oder mit Hilfe von Rechnern die momentane
Impedanz
der Antenne auf den reellen Wert der Anschlußimpedanz transformieren. Zur Impedanztransformation
enthält das Abstimmgerät z. B. Reaktanzen als Längs- und als Querglieder eines Vierpol-Netzwerks,
die veränderlich einstellbar sind. Die Einstellung der Reaktanzen erfolgt nach Maßgabe
des bei jedem Iterationsschritt neu zu messenden Werts des Reflexionsfaktors, der
Amplitudenverhältnis und Phasenbeziehung zwischen vorlaufendem und reflektiertem
Signal umfaßt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren
zur Impedanzanpassung anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand eine schnelle
und genaue Ein-Stellung der Transformationsglieder ermöglicht.
-
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche
enthalten .t^rtc'ihafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, Die Lastimpedanz
einer zum Anschluß an ein Sendcgerät vorgesehenen Antenne ist ihrem Realteil nach
häufig größer als die reelle Anschlußimpedanz des Geräts. Gemäß einem ersten Merkmal
der Erfindung wird daher für die Anschlußinipedanz ein Wert gewählt, der kleiner
ist als alle in normalem Betrieb zu erwartenden Lastimpedanzen hinsichtlich deren
Realteil(für Fälle, in denen diese Maßnahme nicht möglich oder wünschenswert ist,
erfolgt die Abstimmung gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens).
Die Phasenmessung erfolgt gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung nur innerhalb
eines Bereichs von 1800 eindeutig. Dies erlaubt einer einfachen platz- und kostensparenden
Aufbau des Phasendetektors. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die Phase
zwischen
vorlaufendem und ücklaufendem Signal so gemessen, daß die
in einer Richtkoppleranordnung ausgekoppelten Signale in Spannungskomparatoren mit
niedriger Ansprechschwelle in Rechteckform gebracht und danach in einem analogen
Mischer miteinander multipliziert werden. Aus dem Ausgangssignal des Mischers wird
der Gleichspannungsanteil ausgefiltert, dessen Amnlitude direkt proportional der
gesuchten Phasendifferenz ist. Die Einschränkung auf einen Eindeutigkeitsbereich
von 180C bedeutet für das erfindungsgemäße Verfahren keinerlei Nachteil. Das Vorgehen
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist frequenzunabhängig.
-
Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen
noch veranschaulicht Dabei zeigt FIG. 1 den Verlauf der Abstimmung gemäß der Erfindung
in einem Smith-Diagramm FIG. 2 den Verlauf der Abstimmung gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung in einem Smith-Diagramm FIG. 3 ein Impedanztransformaticnsnetzwerk
mit schaltbaren Reaktanzen.
-
Die möglichen komplexen Werte einer Lastimpedanz ZL' dere Realteil
größer ist als die reelle Anschlußimpedanz RA liegen alle innerhalb des in FIG.
1 schraffierten Kreises, der durch die Abszissenpunkte RA und Do geht und dessen
Berandung die Ortskurve konstanten Impedanzrealteils ist.
-
Rei der in FIG. 3 dargestellten Impedanztransformationsschaltung sind
lastseitig veränderbare Reaktanzen erster Art als stufenweise zuschaltbare Kapazitäten
in Quergliedern des Transformationsvierpols angeordnet. Als
Längsglleder
sind Induktivitäten angeordnet, die gleichfalls stufenweise zugeschaltet werden
können.
-
in aeil ersten Verfahrensschritten wird die Gesamtkapazität der zugeschalteten
Querglieder schrittweise erhöht, bis der Realteil der an der Geräteanschlußseite
des Vierpols gemessenen Impedanz gleich der reellen Anschlußimpedanz RA ist. Hierzu
wird nach jedem Einstellungsschritt der Reflexionsfaktor nach Betrag und Phase gemessen
und durch Vergleich mit einer gespeicherten Zuordnungsvorschrift von Betrag und
Phase für den angestrebten Realteil entschieden, ob der in diesem Sinne richtige
Kapazitätswert eingestellt oder ein weiterer Erhöhungsschritt notwendig ist.
-
Unter Umständen kann bei großer Schrittweite auch eine Reduktion des
zuletzt eingestellten Kapazitätswerts um eine kleinere Schrittweite erforderlich
sein, was sich aus der im Einzelfall angewandten Suchstrategie und den damit verbundenen
Schrittweiten ergibt. Die genannte gespeicherte Zuordnungsvorschrift, die bevorzugt
in tabellarischer Form vorliegt, entspricht dem in FIG. 1 als durchgezogene Linie
gezeichneten Halbkreis.
-
Nach Erreichen des gewünschten Impedanzrealteils bleibt die Einstellung
der kapazitiven Querglieder unverändert und die induktiven L:*ngsglieder werden
schrittweise zugeschaltet, bis der Betrag des Reflexionsfaktors ein Minimum erreicht.
Für diese Schritte ist die Messung des Phasenanteils des Reflexionsfaktors überflüssig,
was eine weitere Vereinfachung bedeutet. Während der Anpassung gemäß der vorliegenden
Erfindung wandert der Wert der transformierten Lastimpedanz auf der in FIG. 1 gestrichelt
eingezeichneten Linie. Für die Korrektur einer nach Einstellung des Betragsminimums
eventuell noch vorhandenen
Fehlanpassung ist auch die Messung der
Phase des Retlexionsfaktors mit 1800 Eindeutigkeit ausreichend für die Entscheidung,
ob ein Kapazitätsinkrement zu- oder abgeschaltet werden soll.
-
Anhand der FIG. 2 soll die Weiterbildung der Erfindung veranschaulicht
werden, die für den Fall, daß im normalen neti- eh auch Lastimpedanzen mit einem
Realteil kleiner als die Anschlußimpedanz zugelassen sind, vorgesehen ist.
-
Hierzu ist das Smith Diagramm in einen schraffierten und einen nicht
schraffierten Bereich eingeteilt, die bezüglich des im Mittelpunkt des Diagramms
gelegenen Punkt für die reelle Anschlußimpedanz punktsymmetrisch sind und im Diagramminnern
gegeneinander abgegrenzt sind durch einen Halbkreis mit konstantem Realteil der
Impedanz und einem weiteren Halbkreis mit konstantem Realteil des Leitwerts.
-
Je nach Lage der nicht transformierten Lastimpedanz in dem einen oder
dem anderen Bereich erfolgt die Abstimmung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
in der beschriebenen oder einer aus dieser leicht ableitbaren äquivalenten Form.
-
In einem ersten Schritt wird gemäß der Weiterbildung der Erfindung
die Phase des Reflexionsfaktors und damit die Lage der Lastimpedanz im Diagramm
mit einer innerhalb 3600 eindeutigen Genauigkeit bestimmt. Hierzu sind zu der 1800
eindeutigen Messung eine oder maximal zwei weitere Messungen mit Veränderung einer
Quergliedkapazität bzw. einer Längsgliedinduktivität erforderlich. Aus dem Vergleich
von zwei, maximal drei Meßwerten für Betrag und Phase ergibt sich auf einfache Weise
aus dem Vorzeichen der Änderungen der eindeutige gesuchte Wert für die Lastimpedanz
bzw. den Reflexionsfaktor. Fällt dieser Wert in dL, qchraffierten
Teil
des Diagramms, so wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der beschriebenen
Form abgestimmt, bis der Impedanzrealteil den angestrebten Wert erreicht bei kapazitivem
Impedanzimaginärteil.
-
b'ä111: der Wert in den nichtschraffierten Diagrammbeeich.
-
so erfolgt die Abstimmung nach einem leicht modifizierter, in den
Grundzügen jedoch gleichen Verfahren, da. als Weiterbildung der Erfindung im folgenden
beschrieben ist.
-
Gegenüber dem erstbeschriebenen Verfahren wird die schaltungstechnische
Reihenfolge von Längsgliedern und Quergliedern in dem Transformationsvierpol in
FIG. 3 vertauscht durch einfaches Umschalten des Schaltmittels M aus der Stllug
I in die Stellung II. Dementsprechend wird auch die Reihenfolge der Verfahrensschritte
umgekehrt und zuerst der Wert der in den Signalweg geschalteten induktiven Längsglieder
schrittweise verändert unter ständiger Neubestimmung des Reflexionsfaktors nach
Betrag und Phase, letztere wiederum nur mit einer Eindeutigkeit innerhalb 1800.
Diese schrittweise Veränderung der Längsglieder wird solange fortgesetzt, bis der
Realteil des transformiertn Lastleitwerts an den reellen Anschlußleitwert (1/RA)
angeglichen ist bei induktivem Imaginärteil des Leitwerts.
-
Die hierfür maßgebende Ortskurve für konstanten und dem Anschlußleitwert
gleichen Realteil des Leitwerts ist der mit L bezeichnete Halbkreis in FIG. 2, dessen
Verlauf wiederum bevorzugterweise in tabellarischer Form für den Vergleich mit gemessenen
Werten gespeichert ist.
-
Nach Angleich des Realteils des transformierten Lastleitwerts an den
reellen Anschlußleitwert bleiben die induktiven Längsglieder unverändert und die
kapazitiven Querglieder werden schrittweise zuchaltet, bis der Betrag
des
Reflexionsfaktors ein Minimum durchläuft. Hierbei erübrigt sich in zum erstbeschriebenen
Verfahren äquivalenter Weise die Bestimmung der Phase des Rerlexionsfaktors.
-
Wesentlich ist die einfache Folge der einzelnen Verfahrensschritte,
welche eille unkomplizierte Steuerung des Abstimmvorgangs ermöglicht, und die einfache
Ableitung des jeweils nächsten Verfahrensschritts aus den nach jedem Abstimmschritt
neu bestimmten Meßwerten, was auch die Anwendung eines auf einen Eindeutigkeitsbereich
von 1800 beschränkten Phasendetektionsverfahrens erlaubt. Eine derartige Phasenbestimmung
ergibt bei der im Patentanspruch 3 beschriebenen Ausführung einen linearen Zusammenhang
zwischen dem Ausgangssignal des Detektors und der zu bestimmrnden Phasendifferenz
und eine hohe Genauigkeit des ErgebnisYes, wobei der Aufwand wesentlich geringer
gehalten werden kann als bei Phasenbestimmungsverfahren mit einem innerhalb 3600
eindeutigen Ergebnis gleicher Ge-Genauigkeit.
-
Äquivalente Anordnungen können Kapazitäten und Induktivitäten in Quer-
und Längsgliedern vertauscht vorsehen, wobei dann entsprechend die Vergleichstabellen
auf gegenüber den beschriebenen Fällen an der Abszisse gespiegelte Kurven konstanter
Realteile von Impedanz bzw. Leitwert abzustimmen sind.
-
- Leerseite -