DE3402220C2

DE3402220C2 -

Info

Publication number: DE3402220C2
Application number: DE19843402220
Authority: DE
Inventors: Friedemann Ing.(Grad.) 7907 Langenau De Kombrink; Karl Dipl.-Ing. Ruf (Fh), 8870 Guenzburg, De
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-01-24
Filing date: 1984-01-24
Publication date: 1993-07-22
Also published as: DE3402220A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art zur Anpassung einer komplexen Lastimpedanz an eine reelle Anschlußimpedanz. Ein solches Ver fahren ist bereits aus der DE 30 07 554 A1 bekannt.The invention relates to a method in the preamble of Claim 1 described type for adapting a complex Load impedance to a real connection impedance. Such a ver Driving is already known from DE 30 07 554 A1.

Ein häufiger Einsatzfall solcher Impedanzanpassungen ist die Anpassung einer Antenne an ein Sende- oder Empfangsgerät. Das Gerät hat im allgemeinen eine reelle Anschlußimpedanz R_A, während die Impedanz der Antenne i.a. komplex und nicht als für alle Situationen konstant anzusehen ist, da unter Umständen ver schiedene Antennen anzuschließen sind, die Antennenimpedanz frequenzabhängig ist und die Umgebung der Antenne deren Impedanz mit beeinflußt.A common application of such impedance adaptations is the adaptation of an antenna to a transmitting or receiving device. The device generally has a real connection impedance R _A , while the impedance of the antenna is generally complex and is not to be regarded as constant for all situations, since different antennas may have to be connected, the antenna impedance is frequency-dependent and the environment of the antenna influences its impedance .

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 trans formieren. Zur Impedanztransformation enthält z. B. das aus der eingangs genannten DE 30 07 554 A1 bekannte Abstimmgerät z. B. Reaktanzen als Längs- und als Querglieder eines Vierpol-Netz werks, die veränderlich einstellbar sind. Die Einstellung der Reaktanzen erfolgt nach Maßgabe des bei jedem Iterationsschritt neu zu messenden Werts des Reflexionsfaktors, des Amplitudenver hältnisses und der Phasenbeziehung zwischen vorlaufendem und reflektiertem Signal umfaßt.For such cases, tuners are in use, the z. B. the current impedance iteratively and / or with the aid of computers the antenna to the real value of the connection impedance trans form. For impedance transformation z. B. that from the initially mentioned DE 30 07 554 A1 known tuner z. B. Reactances as longitudinal and transverse elements of a four-pole network works that are variably adjustable. The setting of the Reactances take place in accordance with the at each iteration step new value of the reflection factor, the amplitude ver ratio and the phase relationship between the preceding and reflected signal.

In dem Artikel von H. Peschl: "Die Anpassung von Impedanzen (I und II)"; in: Funk-Technik 1980, Nr. 1, Seite W38-W42 bzw. Nr. 2, Seite W69-W71 ist ferner der Fall beschrieben, daß ein komplexer Lastwiderstand unter Zuhilfenahme des an sich bereits bekannten Smith-Diagramms an einen Generator mit rein ohmschem Innenwider stand angepaßt werden soll. Darüber hinaus ist diesem Artikel zu entnehmen, daß die Frequenzabhängigkeit einer Anpaßschaltung um so geringer ist, je kürzer der (z. B. mit Hilfe des Smith-Dia gramms ermittelte) Transformationsweg ist.In the article by H. Peschl: "The adaptation of impedances (I and II) "; in: Funk-Technik 1980, No. 1, page W38-W42 and No. 2, Page W69-W71 also describes the case where a complex Load resistance with the help of the already known Smith diagram to a generator with purely ohmic internal resistance stood to be adjusted. In addition, this article is too derive that the frequency dependence of a matching circuit around the shorter the shorter the (e.g. with the help of the Smith slide determined transformation) is.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Ver fahren zur Impedanzanpassung anzugeben, das mit möglichst ge ringem Aufwand eine schnelle und genaue Einstellung der Trans formationsglieder ermöglicht.The object of the present invention is to provide such a Ver drive to specify impedance matching, the ge as possible with little effort a quick and precise setting of the trans formation members enabled.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteran sprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung. The invention is described in claim 1. The Unteran sayings contain advantageous refinements and further formations of the invention.

Die Lastimpedanz einer zum Anschluß an ein Sendegerät vorge sehenen Antenne ist ihrem Realteil nach häufig größer als die reelle Anschlußimpedanz des Geräts. Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung wird daher für die Anschlußimpedanz 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 180° eindeutig. Dies erlaubt einen einfachen, platz- und kostensparenden Aufbau des Phasendetektors. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die Phase zwischen vorlaufendem und rücklaufendem 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 Amplitude direkt proportional der gesuchten Phasen differenz ist. Die Einschränkung auf einen Eindeutigkeits bereich von 180° bedeutet für das erfindungsgemäße Ver fahren keinerlei Nachteil. Das Vorgehen nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren ist frequenzunabhängig.The load impedance of a pre-connected to a transmitter seen antenna is often larger than that in its real part real connection impedance of the device. According to a first characteristic The invention therefore becomes a value for the connection impedance selected, which is smaller than all in normal operation too expected load impedances with regard to their real part (for Cases where this measure is not possible or desirable is the vote according to a training of the inventive method). The phase measurement takes place according to another feature of the invention only within a range of 180 ° clearly. This allows a simple, space and cost-saving construction of the phase detector. According to one advantageous embodiment, the phase between leading and returning signal measured so that the signals coupled out in a directional coupler arrangement Voltage comparators with a low response threshold in Rectangular shape and then in an analog mixer be multiplied together. From the output signal the DC component of the mixer is filtered out, whose amplitude is directly proportional to the phases sought difference is. The restriction to uniqueness range of 180 ° means for the inventive Ver drive no disadvantage. The procedure after the inventions The method according to the invention is frequency-independent.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigtThe invention is hereinafter with reference to the Illustrations still illustrated. It shows

Fig. 1 den Verlauf der Abstimmung gemäß der Erfindung in einem Smith-Diagramm, Fig. 1 shows the course of the tuning according to the invention in a Smith chart,

Fig. 2 den Verlauf der Abstimmung gemäß einer Weiter bildung der Erfindung in einem Smith-Diagramm, Fig. 2 shows the course of the vote according to a further formation of the invention in a Smith chart,

Fig. 3 ein Impedanztransformationsnetzwerk mit schalt baren Reaktanzen. Fig. 3 shows an impedance transformation network with switchable reactances.

Die möglichen komplexen Werte einer Lastimpedanz Z_L, deren Realteil größer ist als die reelle Anschlußimpedanz R_A liegen alle innerhalb des in Fig. 1 schraffierten Kreises, der durch die Abszissenpunkte R_A und ∞ geht und dessen Berandung die Ortskurve konstanten Impedanzrealteils ist.The possible complex values of a load impedance Z _L , the real part of which is greater than the real connection impedance R _A, are all within the hatched circle in FIG. 1, which goes through the abscissa points R _A and ∞ and whose boundary is the locus of the constant real impedance part.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Impedanztransformations schaltung sind lastseitig veränderbare Reaktanzen erster Art als stufenweise zuschaltbare Kapazitäten in Quer gliedern des Transformationsvierpols angeordnet. Als Längsglieder sind Induktivitäten angeordnet, die gleich falls stufenweise zugeschaltet werden können.In the impedance transformation circuit shown in FIG. 3, reactances of the first type that can be changed on the load side are arranged as step-by-step capacitances in cross-links of the transformation quadrupole. Inductors are arranged as longitudinal links, which can be switched on step by step if necessary.

In den 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 R_A 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 entschie den, ob der in diesem Sinne richtige Kapazitätswert ein gestellt 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 gespeicher te Zuordnungsvorschrift, die bevorzugt in tabellarischer Form vorliegt, entspricht dem in Fig. 1 als durchgezogene Linie gezeichneten Halbkreis.In the first method steps, the total capacitance of the connected cross members is increased step by step until the real part of the impedance measured on the device connection side of the four-pole connector is equal to the real connection impedance R _A. For this purpose, the reflection factor is measured according to amount and phase after each adjustment step and, by comparing a stored assignment rule for amount and phase for the intended real part, a decision is made as to whether the correct capacity value is set in this sense or whether a further increase step is necessary. Under certain circumstances, it may also be necessary to reduce the capacity value last set by a smaller step size, which results from the search strategy used in individual cases and the associated step sizes. Said stored assignment rule, which is preferably in tabular form, corresponds to the semicircle drawn as a solid line in FIG. 1.

Nach Erreichen des gewünschten Impedanzrealteils bleibt die Einstellung der kapazitiven Querglieder unverändert und die induktiven Längsglieder werden schrittweise zuge schaltet, bis der Betrag des Reflexionsfaktors ein Minimum erreicht. Für diese Schritte ist die Messung des Phasenan teils 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 Ein stellung des Betragsminimums eventuell noch vorhandenen Fehlanpassung ist auch die Messung der Phase des Reflex ionsfaktors mit 180° Eindeutigkeit ausreichend für die Entscheidung, ob ein Kapazitätsinkrement zu- oder abge schaltet werden soll.After reaching the desired real impedance part, the setting of the capacitive cross members remains unchanged and the inductive longitudinal members are switched on step by step until the amount of the reflection factor reaches a minimum. The measurement of the phase portion of the reflection factor is superfluous for these steps, which means a further simplification. During the adaptation according to the present invention, the value of the transformed load impedance moves on the line drawn in dashed lines in FIG. 1. For the correction of a mismatch that may still be present after the minimum amount has been set, the measurement of the phase of the reflection factor with 180 ° uniqueness is sufficient for deciding whether a capacity increment should be switched on or off.

Anhand der Fig. 2 soll die Weiterbildung der Erfindung veranschaulicht werden, die für den Fall, daß im normalen Betrieb 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 bezüg lich 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.The development of the invention is to be illustrated with the aid of FIG. 2, which is provided in the event that load impedances with a real part smaller than the connection impedance are also permitted in normal operation. For this purpose, the Smith chart is divided into a hatched and a non-hatched area, which are point-symmetrical with respect to the point in the center of the diagram for the real connection impedance and are delimited from one another in the inside of the diagram by a semicircle with a constant real part of the impedance and another semicircle with constant real part of the master value. Depending on the position of the non-transformed load impedance in one or the other area, the tuning according to the inventive method takes place in the described form or in an equivalent form that can be easily derived from this.

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 360° eindeutigen Genauigkeit bestimmt. Hierzu sind zu der 180° eindeutigen Messung eine oder maximal zwei weitere Mes sungen 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 den schraffierten Teiel des Diagramms, so wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der beschriebenen Form abgestimmt, bis der Impedanzrealteil den angestrebten Wert erreicht bei kapazitivem Impedanzimaginärteil.In a first step, according to the training Invention the phase of the reflection factor and thus the Position of the load impedance in the diagram with a within 360 ° definite accuracy. For this purpose, the 180 ° unequivocal measurement one or a maximum of two further measurements solutions with a change in cross-link capacitance or one Series inductance required. From the comparison of results in two, maximum three measured values for magnitude and phase itself in a simple way from the sign of the changes the unique searched value for the load impedance or Reflection factor. This value falls in the hatched Part of the diagram, so according to the invention Process in the form described until the Real impedance part reaches the desired value at capacitive impedance imaginary part.

Fällt der Wert in den nichtschraffierten Diagrammbereich, so erfolgt die Abstimmung nach einem leicht modifizierten, in den Grundzügen jedoch gleichen Verfahren, das als Weiterbildung der Erfindung im folgenden beschrieben ist.If the value falls within the non-hatched diagram area, so the vote takes place after a slightly modified, in principle, however, the same procedure that as Further development of the invention is described below.

Gegenüber dem erstbeschriebenen Verfahren wird die schal tungstechnische Reihenfolge von Längsgliedern und Quer gliedern in dem Transformationsvierpol in Fig. 3 ver tauscht durch einfaches Umschalten dem Schaltmittels M aus der Stellung I in die Stellung II. Dementsprechend wird auch die Reihenfolge der Verfahrensschritte umgekehrt und zuerst der Wert der in den Signalweg geschalteten induk tiven Längsglieder schrittweise verändert unter ständiger Neubestimmung des Reflexionsfaktors nach Betrag und Phase, letztere wiederum nur mit einer Eindeutigkeit innerhalb 180°. Diese schrittweise Veränderung der Längsglieder wird solange fortgesetzt, bis der Realteil des transformierten Lastleitwerts an den reellen Anschlußleitwert (1/R_A) 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.Compared to the first-described method, the switching order of longitudinal elements and transverse links in the transformation quadrupole in Fig. 3 is exchanged by simply switching the switching means M from position I to position II. Accordingly, the order of the method steps is reversed and first the value the inductive longitudinal elements switched into the signal path are gradually changed with constant redefinition of the reflection factor according to amount and phase, the latter in turn only with a uniqueness within 180 °. This step-by-step change of the longitudinal elements is continued until the real part of the transformed load conductance is adjusted to the real connection conductance (1 / R _A ) with an inductive imaginary part of the conductance. The decisive local curve for constant real part of the conductance, which is the same as the connection conductance, is the semicircle designated L in FIG. 2, the course of which is again preferably stored in tabular form for comparison with measured values.

Nach Angleich des Realteils des transformierten Lastleit werts an den reellen Anschlußleitwert bleiben die induk tiven Längsglieder unverändert und die kapazitiven Quer glieder werden schrittweise zugeschaltet, bis der Betrag des Reflexionsfaktors ein Minimum durchläuft. Hierbei erübrigt sich in zum erstbeschriebenen Verfahren äqui valenter Weise die Bestimmung der Phase des Reflexions faktors.After adjustment of the real part of the transformed load control the induct remains at the real connection conductance tive longitudinal links unchanged and the capacitive cross links are added gradually until the amount of the reflection factor passes through a minimum. Here there is no need for equi to the first described procedure valently determining the phase of the reflection factor.

Wesentlich ist die einfache Folge der einzelnen Ver fahrensschritte, welche eine 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 180° beschränkten Phasendetektionsverfahrens erlaubt. Eine derartige Phasenbestimmung ergibt bei der im Patentan spruch 3 beschriebenen Ausführung einen linearen Zusammen hang zwischen dem Ausgangssignal des Detektors und der zu bestimmenden Phasendifferenz und eine hohe Genauigkeit des Ergebnisses, wobei der Aufwand wesentlich geringer ge halten werden kann als bei Phasenbestimmungsverfahren mit einem innerhalb 360° eindeutigen Ergebnis gleicher Ge nauigkeit.What is essential is the simple sequence of the individual ver driving steps, which is an uncomplicated control of the Allows voting, and the simple derivation of the each next step from the after each Tuning step newly determined measured values, which also Apply one to a uniqueness range of 180 ° limited phase detection method allowed. A such phase determination results in the in the patent pronounced 3 execution a linear combination hang between the output signal of the detector and the determining phase difference and high accuracy of the Result, the effort is much lower can be maintained than with phase determination methods a clear result of the same Ge within 360 ° accuracy.

Äquivalente Anordnungen können Kapazitäten und Induktivi täten in Quer- und Längsgliedern vertauscht vorsehen, wobei dann entsprechend die Vergleichstabellen auf gegen über den beschriebenen Fällen an der Abszisse gespiegelte Kurven konstanter Realteile von Impedanz bzw. Leitwert abzustimmen sind.Equivalent arrangements can be capacitors and inductors provide for interchanged cross and longitudinal links, then the comparison tables on counter mirrored on the abscissa above the cases described Curves of constant real parts of impedance or conductance are to be coordinated.

Claims

1. A method for adapting a complex load impedance to a real connection impedance by means of a tuner with changeable reactances of the first type as cross members and changeable reactances of the second type as longitudinal members and means for determining the mismatch by determining the complex reflection factor by amount and phase, at which The setting of the reactances of the first and second type is carried out iteratively in accordance with the value of the reflection factor newly determined for each iteration step, characterized in that
that the connection impedance (R _A ) is chosen to be smaller than the real parts of the load impedances (Z _L ) that may occur,
that the phase measurement is only clearly within 180 °,
that first by changing the cross members with constant re-determination of the reflection factor according to the amount and phase of the real part of the load impedance is adjusted to the connection impedance and
that thereafter, by changing the longitudinal members with constant redefinition, only the amount of the reflection factor is set to a minimum,
that to match the real part of the load impedance to the connection impedance, the measured values of the reflection factor are compared with values stored in a table, and that to measure the phase value of the reflection factor, the voltages to be compared are brought into a square shape by means of comparators and multiplied with one another in an analog mixer ( Fig . 1).

2. The method according to claim 1, characterized in that in the event that the real part of the load impedance can assume smaller values than the connection impedance, the phase measurement is initially expanded to a value that is unique within 360 ° and, depending on the measured value, either the tuning is carried out according to the described method or the circuitry sequence of cross-members and longitudinal members by switching switching means (M) interchanged, first adjusted the real part of the load conductance to the connecting conductance by changing the longitudinal members and then adjusting the amount of the reflection factor to a minimum by changing the cross-members will ( Fig. 2).

3. The method according to claim 2, characterized in that the Clear phase measurement within 360 ° by a maximum of two further measurements with 180 ° uniqueness with changed on position of the cross members and / or longitudinal members and comparison of the Measured values are carried out.