DE2824329A1 - Anordnung zum automatischen umschalten von parallel betriebenen richtfunkanlagen - Google Patents

Description

Patelhold, Glarus 301/78

Anordnung zum automatischen Umschalten von parallel betriebenen Richtfunkanlagen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum automatischen Umschalten von Richtfunkanlagen im Parallelbetrieb, wobei zur Bewertung des Empfängergeräuschantexls unabhängige logarithmische Verstärker eingesetzt werden.

Bekanntlich werden bei Richtfunkanlagen durch Parallelbetrieb von zwei Sende/Empfangseinrichtungen (z.B. Raum- bzw. Frequenzdivers ity) hohe Redundanz- und Fadingsicherheit erreicht. Fig. 1 zeigt ein bekanntes und praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel dieser Betriebsart (nur Empfangsseite):

Im Addiernetzwerk 1 mit dem Ausgang Ag wird das Ausgangssignal der Empfänger A und B zusammengefasst. Für das Nutzsignal beträgt nach der Addition der Gewinn 6 dB (= 4·fache Leistung), die von den Empfängern A und B stammenden Rauschsignale erfahren - da nicht korreliert - nur eine Leistungsaddition, d.h. der Geräuschpegel steigt nur um 3 dB. Man erhält somit am Ausgang von 1 einen um 6 dB - 3 dB = 3 dB besseren Geräuschabstand als am jeweiligen Demodulatorausgang der Empfänger A bzw. B. Dieser Gewinn geht jedoch verloren, wenn sich - z.B. durch ein selektives Fading - der Geräuschabstand eines der beiden Empfänger drastisch verschlechtert. In diesem Fall ist es günstiger, mittels Schalter Sl bzw. S2 den gestörten Empfänger vom Addiernetzwerk 1 abzuschalten. Die Betätigung dieser Schalter erfolgt in der Regel durch eine Umschaltautomatik, die ihre Befehle von zusätzlichen Informationen aus den Empfängern A und B ableitet. Gegenstand der Erfindung ist eine besonders günstige Anordnung' zur Steuerung der Schalter A und B.

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Der besagte Vorteil der Parallelschaltung von 2 Empfängern mittels Addiernetzwerk 1, nämlich der Gewinn an Geräuschabstand, weil die Nutzleistung nach der Addition vervierfacht, die Rauschleistung dagegen nur verdoppelt wird, geht zunächst verloren, wenn die Geräuschleistung eines der beiden Empfänger ansteigt, und ab einem bestimmten Geräuschpegel ist die Parallelschaltung sogar schädlich. Dieser "Umschlagpunkt" ("break even "-Punkt) ist einfach zu bestimmen: bringt einer der Empfänger einen 3fach höheren Geräuschleistungsanteil als der andere, so ist die gesamte Störleistung 4 mal grosser als die des besseren Empfängers und entspricht dem Gewinn an Nutzleistung. Daraus lässt sich für die Betätigung der Schalter Sl und S2 folgende Regel ableiten:

"Differieren die Geräuschleistungen der Empfänger A und B um mehr als den Faktor 3 (= 4,77 dB), so ist der Empfänger mit dem höheren Geräuschanteil abzuschalten."

Um eine elektronische Schaltung zu finden, die diese Kriterien erkennt und auswertet, geht man in mehreren Schritten vor. Zur Trennung des Geräuschanteils vom Nutzsignal verwendet man eine Filterschaltung gemäss Fig. 2a, b. Die Filter Fl. und Fl (Fig. 2a) entnehmen oberhalb des Nutz-

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bandes den Geräuschanteil G (Fig. 2b) und führen ihn einer geeigneten Vergleichsschaltung 2 zu, die anschliessend die Schaltkriterien für Sl und S2 erzeugt. In Fig. 2b ist SN das Spektrum des Nutzsignals, f die Frequenz.

Die Vergleichsschaltung 2 ist jedoch nicht· einfach zu realisieren, weil der Vergleich für die Bestimmung des 4-,7 7-dB-Differenzpunktes in einem grossen Dynamikbereich von ca. 50 dB erfolgen muss. Eine Komparatorsehaltung, die nur den absoluten Betrag zweier Spannungen vergleicht, eignet sich

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daher nicht.

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Eine denkbare Lösung ergibt sich aus Fig. 3: schaltet man zwischen den Komparator 5 und die Filter Fl. und F1_R je einen logarithmischen Verstärker 3 bzw. 4- mit einem Dynamikbereich von ^ 50 dB, so wird innerhalb dieses Bereiches für eine Rauschleistungsdifferenz von 4,77 dB an den Komparatoreingängen E. und E_ß jeweils die gleiche Spannungsdifferenz erscheinen. Voraussetzung ist, dass die Ausgangsspannung U ,

U_R der logarithmischen Verstärker 3 bzw. 4 exakt dem Logarithmus der Eingangsspannung U ,.., ^u _e(_B) folgt.

Zur Realisierung eines logarithmischen Verstärkers gibt es einige bekannte Methoden. Je nach verlangter Präzision schwanken die Kosten dafür in einem weiten Bereich. Bei genauen Messgeräten wie z.B. Spektrumanalyser usw. muss man einen hohen Aufwand treiben, wenn es sich hingegen um einen Richtfunk- Baustein unter vielen anderen handelt, darf der Preis des Verstärkers einen bestimmten Teil der Gesamtkosten nicht überschreiten, wenn die Richtfunkanlage zu einem konkurrenzfähigen Preis auf dem Markt angeboten werden soll.

Eine mögliche Lösung ist in der Zeitschrift "Electronic Design", 3, Februar 19 74, S. 52 - 59, beschrieben. Hierbei wird die logarithmische Charakteristik durch die nichtlineare Kennlinie einer Halbleiterdiode verwirklicht. Wie aber aus Formel (1), S. 52, hervorgeht, ist diese Kennlinie temperaturabhängig, so dass die eingestellten Parameter nur in einem engen Bereich der Umgebungstemperatur stabil sind. Verwendet man - wie oben in Fig. 3 gezeigt - zwei separate logarithmische Verstärker, so ist der thermische Gleichlauf nicht gewährleistet, und der Umschaltpunkt der Automatik bleibt bei schwankender Temperatur nicht konstant.

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Fig. 4a und 4 b zeigen, wie diese an sich bekannten Schwierigkeiten bei einer auf dem Markt befindlichen Richtfunkeinrichtung überwunden werden.

Die Bandpässe 6 und 7 zur Entnahme des Geräuschanteils haben unterschiedliche Durchlassbereiche (schraffierte Flächen in Fig. 4b), und man kann den Geräuschanteil jedes Empfängers frequenzselektiv erfassen (SN in Fig. 4b ist wieder das Spektrum des Nutzsignals). Ueber einen Koppler 8 werden die Geräuschspannungen auf einen gemeinsamen logarithmischen Verstärker 9 gegeben und am Ausgang mittels Filter 11 und 12 wieder getrennt. Danach folgt der Vergleich durch den Komparator 13. Diese Lösung lässt sich noch abwandeln, z.B. durch eine Frequenzumsetzung in einem Mischer u.a.

Offensichtlich erfordert diese Anordnung einen beträchtlichen Aufwand an Filtern und verursacht somit erhebliche Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, dass die logarithmischen Verstärker als monolithische Einheiten ausgeführt sind und sich zwecks thermischen Gleichlaufs auf einem gemeinsamen Silizium-Plättchen ("Chip") befinden.

Die Erfindung sei jetzt anhand von Fig. 5 näher erläutert. Basierend auf der Grundschaltung Fig. 3 werden wieder zwei unabhängige logarithmische Verstärker eingesetzt, jedoch mit folgender Zusatzbedingung:

- die logarithmischen Verstärker sind monolithische integrierte Schaltungen,

- beide Verstärker befinden sich auf dem gleichen Silizium-

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Plättchen (Chip).

Da bekanntlich auf dem nur wenige Quadratmillimeter grossen Plättchen eine gleichmässige Temperaturverteilung herrscht, wird das Problem des thermischen Gleichlaufs damit eliminiert.

Am Ausgang jedes logarithmischen Verstärkers ist eine Wechselspannung vorhanden, die zur weiteren Verarbeitung noch gleichgerichtet werden muss.

Dazu dienen die aktiven Gleichrichter 17, die aus den oben genannten Gründen ebenfalls auf dem gemeinsamen Chip placiert werden. Danach folgt der Komparator 18, der die Schaltkriterien für die Ansteuerlogik 19 liefert.

Die erfindungsgemässe Anordnung gemäss Fig. 5 ergibt gegenüber heute bekannten Lösungen eine erhebliche Kostenersparnis.

Claims (3)

301/78 Patelhold Patentver- Me/dh wertungs- und Elektro-Holding AG, Glarus Patentansprüche

1. Anordnung zum automatischen Umschalten von Richtfunkanlagen im Parallelbetrieb, wobei zur Bewertung des Empfängergeräuschanteils unabhängige logarithmische Verstärker eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die logarithmischen Verstärker (16, Fig. 5) als monolithische Einheiten ausgeführt sind und sich zwecks thermischen Gleichlaufs auf einem gemeinsamen Silizium-Plättchen ("Chip") befinden.

2. Anordnung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass die zur Gleichrichtung der am Ausgang der logarithmischen Verstärker (16) auftretenden Wechselspannungen zwecks Weiterverarbeitung dienenden aktiven Gleichrichter (17) ebenfalls auf dem gemeinsamen Silizium-Plättchen placiert sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Komponenten in geringem räumlichen Abstand auf einem Hybridsubstrat (Dickschicht- oder Dünnfilms chaltung) angeordnet s ind.

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