DE2713549B2 - Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung mit einer HF-Trägerstufe, an deren Ausgang über je einen 'M-Transformator mindestens zwei in ihrer Größe regelbare. Impedanzen angeschlossen sind, die von ModulationssignalqueUen 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 s 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 ange-

schlossene Antennenspeiseleitung gebildeten Belastungsimpedanz und einer mit dem Steuereingang versehenen Absorptionsschaltung ausgebildet

Um zu vermeiden, daß durch plötzliches Umschalten von der einen Antenne auf die nächste Antenne

is unerwünschte Frequenzanteile erzeugt werden, wird eine gleichmäßigere Umschaltung angewandt Dazu ist die Form der den Steuereingängen der Absorptionsschaltung zugeführten Modulationssignale ein Halbsinus, der bei einem Sender, bei dem beim Umschalten nur zwei aufeinanderfolgende Antennen gleichzeitig angeregt sind, vorzugsweise um 180⁰C phasenverschoben ist Diese Modulationssignaie ändern die Impedanzen der als PIN-Dioden ausgebildeten Absorptionsschaltungen und damit die Abschlußimpedanzen der 'AÄ-Transfor matoren. 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

jo 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.

j5 Die erfindungsgemäße Anordnung weist dazu das Kennzeichen auf, das eine mit der ModulationssignalqueUen verbundenen Summieranordnung vorgesehen ist, deren Ausgang zum Zuführen der Modulationssignale über eine Steuerklemme an die HF-Trägerstufe mit dieser verbunden ist, so daß eiue 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 F.rsatzschaltplan der in F i g. 1 dargestellten Anordnung,

Fig.3 ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig.4 Modulationssignale, die in dem in Fig.3 drrgestellten 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 "M-Iangen Übertragungsleituncsabschnitt 4 mit der

bo Ausgangsklemme 5 einer ersten in ihrer Größe regelbaren Impedanz und andererseits über einen zweiten 'Λλ-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 ModulationssignalqueUen 12 und 13 Modulationssignale zugeführt werden, und zwar derart, daß diese Modulationssignale die Größe der Impedan-

zen 6 und 9 ändern.

Die AbschluBimpedanz der Übertragungsleitung 2 wird durch die Parallelschaltung der Eingangsimpedanzen der durch die '/^l-langen Ubertragungsleitungsabschnitte 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 AbschluBimpedanz 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 Summensignal wird einer Steuerklemme 15 in der Figur nicht dargestellter Modulationsmitiel für die HF-Trägerstufe 1 zugeführt, damit diese ein vom Summensignal amplitudenmndu-Iiertes 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 E₂ bezeichnet

Ein 'M-Ianger Übertragungsleitungsabschnitt hat die Eigenschaft, daß die Eingangsimpedanz dem Quadra! 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 ¹/+^-Transformator 4 bzw. den zweiten '/^-Transformator 7 durch /i'und /2'bezeichnet. Es gilt folglich:

E_x = A /,'

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

Substitution von (I) und (2) in (3) eigibt:
/, = (E₁ + E₁)IA . (4)

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

(E₁ + E₂).

(5)

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

(E₁+£2)//,=A

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

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 Z₁ und I₂ 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 Modulatic nsmittel bekannte Amplitudenmodulatoren verwendet werden.

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

Von diesem Sender ist in F i g. 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 Trägersi-

jo gnalgenerator 16 und einen Hilfssignaigenerator 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

j5 verstärkte Signal wird über die Übertragungsleitung 2 einerseits über den '/+!-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

4-. 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

ίο 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 Sinu' end einem halben Cosinus. Auf diese Weise wird

3> erhalten, daß wenn eine Antenne die maximale Strahlungsleistung erreicht hat, die benachbarte Antenne eingeschaltet wird. Die Hälfte der Periodenzeit der Modulationssignale später strahlen die beiden Antennen je die halbe Leistung aus und wieder die Hälfte der

bo 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 Modulate tionssignalgenerator 24 erzeugt, der ein sinusförmiges Signal von 360 Hz zwei daran angeschlossenen Phasendrehern 25 und 26 zuführt. Diese drehen die Phase +45° und -45° und führen diese Signale über

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 Augenblickswerte 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:

E₅ = (cos ■ ν ) E

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

= (sin ■ ν ι Ε .

Die an die Anschlußklemme 5 angeschlossene Belastung entspricht

R₅ = 1 Il R₁ J- 1 R₀).

wobei Rn 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:

R₈ = 1 (I R₁

E₃ = : Zj₄. R₅ E₅

E₃= ^Z_nR₉E₈.

(10)

IMl

wobei Z,4 und Zn die Eingangsimpedanzen der ¹ IJ.-Transformatoren 4 und 7 sind. Für einen '/^-Transformator gilt jedoch:

wobei Z, die Eingangsimpedanz ist, R_u die Ausgangsimpedanz und /?o die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitungsabschnitte 4 und 7. (12) substituiert in (10) und (H) ergibt:

wobei R₂ der Augenblickswert des Widerstandes der PIN-Diode 34 ist und R₀ die Impedanz der Antennenspeiseleitung 21.

Die Spannung Ej der allgemeinen Anschlußklemme 3 kann in den Spannungen Es und Ee der Ausgangsklemmen 5 und 8 ausgedrückt werden. Wegen der transformierenden Wirkung der 'Λλ-Transformatoren gilt:

E₃ = ( R₀ZR₅) E₅

und

E₁ =

E₈ .

(13)
(14)

Weiter werden die Modulationssignale 31 und 32 in einer Summieranordnung 14 summiert, wodurch das in Fig. 4 dargestellte Summensignai 41 erhalten 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 E₁ zuführt, die dem Summensignal 41 entspricht.

Es gilt folglich:

Aus (15). (7) und (8) folgt:

E, = (cos ■ ν + sin ν ) E . (16)

(16). (7) und (8) substituiert in (13) ergibt:

E (sin ■ 7 + cos 7 ) =■ :(R, + R^) R_t\ E sin · 7

(17)
woraus folgt:

R₁ = R₀Ig₇ .

und (16). (6) und (9) substituiert in (14) ergibt:
R, = Rocotg₇ . (18)

Die Impedanz in der gemeinsamen Anschlußklemme wird durch die Parallelschaltung der Eingangsimpedanzen der '/^.-Transformatoren gebildet.

Diese Impedanz entspricht also:

R₃ = 1 (1 Z₁₄+ I Z_n).

(19)

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

Z,₄ = R₀-(Ig₇ + 1)
und
""> Z,- = R_n (cotg₇ + 1)

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

(20) (21)

(22)

Daraus folgt, daß die Übertragungsleitung 2 mit der charakteristischen Impedanz Ro abgeschlossen ist und dort keine Reflexionen auftreten, trotz der sich ändernden Impedanzen R₁ und Ri 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 Eingangsklemmen der Differenzverstärker 42,39 und 40 zu den Anschlußklemmen 35 und 36 und zum Steuereingang 15 zurückgekoppelt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung mit einer HF-Trägerstufe an deren Aasgang fiber je einen 'M-Transformator mindestens zwei in ihrer Größe regelbare Impedanzen angeschlossen sind, die von ModulationssignalqueUen angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den ModulationssignalqueUen (12, 13) gekoppelte Sammieranordnung (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 Gegenkopolungskreis 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-Dntektor (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-System verwendet wird.