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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verarbeitung der von einem RF-
Leistungssensor abgegebenen Leistung in Verbindung mit digitalen und
analogen Funktelefonen zwecks Erzeugung einer Detektorspannung in direkter
Proportionalität zu der Leistung, wobei die Spannung im gesamten zur Anwendung
kommenden Leistungsbereich linear ist.
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Bei Funktelefonsystemen, und zwar sowohl bei festen Stationen als auch bei
mobilen Stationen ist es erforderlich, Information über die Sendeleistung der
Station zu erhalten, um die Leistung zu steuern. Der Leistungssteuerbereich bei
Funktelefonen ist relativ breit und enthält eine größere Zahl von
Leistungspegeln. Die Leistungspegel sind erforderlich, um eine große Stabilität zu erhalten,
und zwar unabhängig von der Temperatur. Das Erreichen und Aufrechterhalten
der Stabilität ist schwierig, insbesondere bei extremen Temperaturen. Daher
werden große Anforderungen an die Leistungssteuerung der jeweiligen
Einrichtung gestellt. Die Situation ist noch schwieriger, wenn niedrige Leistungspegel
betroffen sind. Dies liegt daran, daß bei niedrigen Leistungspegeln, die in der
Größenordnung von Milliwatt liegen, die vom Sensor des
Leistungspegeldetektors erhaltenen Spannungen nur sehr klein sind. Die Situation verschlimmert
sich zusätzlich noch dann, wenn auch die Schritte der Leistungspegel klein sind.
Z. B. ist der Leistungsbereich beim GSM-System nur in Schritten von 2 dB
organisiert, was dazu führt, daß das Exponentialverhältnis von Leistung und Spannung
hervorgehoben wird. Aus diesem Grunde ergibt sich nur eine sehr geringe
Differenz der DC-Spannungen zwischen benachbarten kleinen Leistungspegeln, die
vom Leistungssensor erhalten werden. Die Auflösung bei der Leistungssteuerung
muß somit extrem groß sein, was dann aber wieder zu Interferenzen und
Störungen durch Umgebungsfaktoren führt. Die Instabilität bei niedrigen
Leistungspegeln verursacht höhere Kosten bei der Herstellung von Funktelefonen, und es
besteht ferner das Risiko, daß durch Altern und andere Faktoren das Funktelefon
über seine Lebensdauer gesehen nicht den Anforderungen hinsichtlich der
Leistungsstabilität entspricht.
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Es ist bereits bekannt, eine Dioden enthaltende Schaltung zu verwenden, um
Leistungspegel zu detektieren. Die angezeigte Spannung bei dieser Art von Detektor
steht in exponentiellem Verhältnis proportional zur anzuzeigenden Leistung
(dB), und zwar z. B. je nach spezifischer Kennlinie der Diode. Dies führt wiederum
dazu, daß bei niedrigen Leistungspegeln kleine Leistungsschwankungen eine
Änderung im Ausgang
des Detektors verursachen, die kaum erkennbar ist, so daß
das oben beschriebene Problem weiterhin existiert.
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Ein Beispiel einer Detektorschaltung, die Dioden verwendet, um einen
Kondensator auf eine einen Leistungspegel angebende Spannung aufzuladen, ist in der US-
PS 4,122,400 offenbart. Hierauf ist der Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1
bezogen. Zur Entladung des Kondensators sind Widerstände vorgesehen, wobei
die Zeitkonstante relativ lang ist. Insbesondere werden Dioden verwendet, um
sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsleistung bei der Messung eines
Stehwellenverhältnisses (VSWR) zu detektieren, um auf diese Weise die Sendeleistung
zu steuern.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Schaltung zur Verfügung, bei der die
Beziehung zwischen Sendeleistung und Ausgang der Detektorschaltung linearer ist, so
daß die zuvor erwähnten Nachteile eliminiert werden. Bei der Verwendung der
erfindungsgemäßen Schaltung läßt sich durch die Differenzspannungen zwischen
benachbarten Leistungspegeln die Differenzleistung im gesamten zu messenden
Leistungsbereich viel genauer angeben, als dies bei einem Diodendetektor der
Fall ist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung einer
Spannung, die proportional zur Leistung eines RF-Leistungssensors ist, der zur
Messung der Übertragungsleistung eines Senders benutzt wird, wobei die
Schaltung über einen Spannungsversorgungsanschluß versorgt wird und einen
Kondensator, zwischen dessen Anschlüssen die Spannung liegt, sowie einen
Gleichrichter aufweist, der vom RF-Leistungssensor erhaltene Leistung empfängt und
mit dem Kondensator gekoppelt ist, um ihn während der positiven Halbwellen der
vom Leistungssensor empfangenen Leistung zu laden, wobei die Entladung des
Kondensators über einen ersten Widerstand beginnt, wenn die vom
Leistungssensor empfangene Leistung abfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gleichrichter ein erster Transistor ist, der als aktiver Gleichrichter arbeitet, der erste
Transistor von einem zweiten Transistor derselben Art vorgespannt wird, der
Ausgang des Leistungssensors mit der Basis des ersten Transistors gekoppelt ist
und die Basis sowie der Kollektor des zweiten Transistors miteinander verbunden
und zusammen über einen zweiten Widerstand an den
Spannungsversorgungsanschluß und über einen dritten Widerstand an die Basis des ersten Transistors
angeschlossen sind, um den ersten Transistor auch bei kleinsten vom
Leistungssensor
erhaltenen Leistungspegeln in Leitung vorzuspannen.
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Lädt der aktive Gleichrichter den Kondensator mit einem Strom auf, der
proportional zu der zu messenden Leistung ist, so wird auch die Spannung über dem
Kondensator proportional zu dieser Leistung sein. Der erste Transistor ist so
vorgespannt, daß seine Eingangsimpedanz unabhängig ist vom Pegel des Signals am
Ausgang des Leistungssensors, wobei er leitend ist, auch wenn der Ausgang des
Leistungssensors minimal ist.
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Aktive Gleichrichter sind im Stand der Technik bekannt und ein Beispiel ist
offenbart in Electron Engineering, Vol. 49, No. 598, Seite 23. Diese Schaltung wird
jedoch für einen Spitzendetektor verwendet und enthält nicht die Art der
Vorspannung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung wird nachfolgend im
einzelnen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltung; und
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Figur 2 jeweils eine Antwortcharakteristik der erfindungsgemäßen Schaltung
und eine Antwortcharakteristik der mit Dioden realisierten Schaltung.
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Wie in Figur 1 zu erkennen ist, wird ein Richtungsschalter SK als Leistungssensor
verwendet. Der Richtungsschalter kann als Mikrostreifen ausgebildet sein, als
Streifenleitung oder als Koaxialschalter. Ein Widerstand R2 dient nicht nur zur
Anpassung des Richtungsschalters, sondern zieht auch die durch die
Leistungsreflexion zum Richtungsschalter gekoppelte Leistung von der Last in Richtung
zum Sender. Als aktiver Gleichrichter wird ein Transistor Q2 verwendet, der bei
der erfindungsgemäßen Schaltung einen Kondensator C3 mittels der
Versorgungsspannung Vs auflädt. Zur Basis des Transistors Q2 gelangt die vom
Richtungsschalter SK erhaltene Leistung. Zur Vorspannung des Transistors Q2 wird
ein ähnlicher Transistor Q1 verwendet, der als Diode geschaltet ist. Der
Vorspannungstransistor Q1 empfängt Strom über einen Widerstand R4 von der
Versorgungsspannung Vs. Da die Basis und der Kollektor dieses Transistors
miteinander verbunden sind, gelangt eine geringe Strommenge zur Basis des Transistors,
so daß dieser als Gleichrichter arbeitet und der Transistor Q2 durch einen
kleinen und etwa 100 µA betragenen Leerlaufstrom vorgespannt wird. Die Basis-
Emitter-Spannung des Transistors Q2 ist sehr klein und liegt bei etwa 80 mV.
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Da die Transistoren Q1 und Q2 vom selben Typ sind, sind auch die Basis-Emitter-
Spannungen dieselben, so daß keine weitere Temperaturkompensation
erforderlich ist. Die Zeitkonstante T = R6 x C3 des Kondensators C3, der durch den
Transistor aufgeladen wird, ist so gewählt, daß sie erheblich größer ist als die
Zykluszeit der Leistung Pin.
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Der Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltung wird nachfolgend beschrieben.
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Der Richtungsschalter ist so gekoppelt, daß dann, wenn sich positive Leistung in
Richtung zum Widerstand R1 ausbreitet, Leistung gleicher Größe im anderen
Gate des Schalters induziert wird und in Richtung des Transistors Q2 fließt. Im
ansteigenden Teil des positiven Halbzyklus der Leistung Pin beginnt der Transistor
Q2 leitend zu werden und lädt den Kondensator C3 über den Widerstand R5
schnell auf. Durch die Aufladung des Kondensators C3 wird das Steuersignal Pin
nicht belastet, da der Ladestrom direkt über die Versorgungsspannung Vs zur
Verfügung gestellt wird. Im abfallenden Bereich der Leistung Pin arbeitet der
Transistor Q2 dann als Gleichrichter, wobei er aufhört leitend zu sein, da die
verbleibende Ladung an den Polen des Kondensators seinen Emitter entsprechend
beeinflußt. Der Kondensator C3 entlädt sich nun langsam über den Widerstand
R6 der Emitterschaltung des Transistors Q2. Die Zeitkonstante T = R6 x C3 der
Entladung ist so gewählt, daß sie sehr viel größer ist als die Zykluszeit der
Leistung Pin. Die Ausgangsspannung Vo des Detektors, die proportional zur
Leistung Pin ist, wird vom Kondensator C3 abgenommen.
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Durch die erfindungsgemäße Vorspannung des Transistors Q2 mit dem
Transistor Q1, der vom selben Typ ist, wird eine hinreichende Temperaturkompensation
erhalten. Wird andererseits der Transistor Q2 mit einem kleinen Leerlaufstrom
von etwa 100 µA vorgespannt, so ist er leitend, auch bei den kleinsten
Leistungspegeln. Die Kennlinie der Schaltung verbleibt gerade, und zwar unabhängig von
der Temperatur, während die Kennlinie der herkömmlichen bekannten
Schaltung, die Dioden verwendet, parabelförmig ist, und zwar aufgrund der
spezifischen Diodenkennlinie, und andererseits abhängig von der Temperatur (siehe
Kurve K2 in Figur 2). Wie die Figur 2 weiter erkennen läßt, führt eine Änderung
der Leistung Pin bei der bekannten Schaltung bei niedrigen Leistungspegeln in
Übereinstimmung mit der Kennlinie K2 nur zu einer unwesentlichen Änderung
der Ausgangsspannung Vo des Detektors, während bei der erfindungsgemäßen
Schaltung eine Änderung der Spannung Vo, hervorgerufen durch eine Änderung
des Leistungspegels, wesentlich kleiner ist, je nachdem, ob kleine oder größere
Leistungspegel verwendet werden. Das Antwortverhalten ist daher linearer als
bei Verwendung eines Diodendetektors.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltung werden die Nachteile der herkömmlichen
Schaltungen vermieden. Die Schaltung ist in einfacher Weise
temperaturkompensiert und enthält nur wenige einfache Komponenten. Sie ist daher billig und
läßt sich leicht automatisch herstellen. Der Dynamikbereich der Schaltung ist
darüber hinaus sehr ausgedehnt. Die erfindungsgemäße Schaltung kann
vorteilhaft in analogen und digitalen Funktelefonsystemen zum Einsatz kommen,
beispielsweise in mobilen und festen Stationen, kann aber auch in anderen
Schaltungen von Leistungsdetektoren verwendet werden.