DE3886578T2

DE3886578T2 - Radiale Kombiniereinrichtung für elektromagnetische Wellen.

Info

Publication number: DE3886578T2
Application number: DE88400804T
Authority: DE
Inventors: Michel Baril
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1988-04-01
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2008-04-02
Also published as: FR2613558B1; US4956614A; DE3886578D1; EP0285524A1; FR2613558A1; JPS63269835A; EP0285524B1

Description

Die Erfindung betrifft hauptsächlich eine Vorrichtung mit einem Radialkombinator für elektromagnetische Wellen und ein Verfahren zur Anwendung eines Radialkombinators.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Radialkombinators ermöglicht insbesondere eine Amplituden- und/oder Phasenmodulation eines Sendesignals, indem eine Phasenmodulation der verschiedenen Verstärker oder Sender erfolgt, die in dem Kombinator zusammengefaßt sind.
Der sinkende Preis und die Verbesserung der Leistungen von Halbleiterschaltungen läßt solche Schaltungen Röhrenschaltungen selbst auf Gebieten ersetzen, die bisher für Röhrenschaltungen reserviert waren. Dies gilt insbesondere für Sender elektromagnetischer Wellen, insbesondere für Rundfunksender, Fernsehsender oder Radargeräte.
Für diese Anwendungen verwendet man oft zahlreiche Sender oder Verstärker mit Transistoren, die an eine gemeinsame Antenne gekoppelt sind, wobei jeder Sender einen Teil der gesamten abgestrahlten Leistung liefert. Die Kombination einer Mehrzahl von Sendern bringt Raumprobleme sowie Probleme der Kopplung der Sender mit der Antenne.
Einer der Vorteile in der Verwendung einer Mehrzahl von Sendern besteht darin, daß die Anlage auch bei Ausfall einzelner Sender in Betrieb bleiben kann. Der Radialkombinator, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird, enthält Widerstände, die die Energie absorbieren können, welche den Betrieb der Vorrichtung bei Ausfall einzelner Sender stören könnte.
Die Modulation von transistorisierten Verstärkern, die in der Klasse B oder C arbeiten, ist schwieriger als die Modulation von Röhrenverstärkern wie z.B. einem Klystron. Dieser Nachteil ist besonders von Bedeutung für kleine Amplituden. Die transistorisierten Verstärker oder Sender, die in der Klasse B oder C betrieben werden, liefern nämlich eine Ausgangsleistung erst ab einer Schwelle. Der Übergang bei der Schwelle ist plötzlich und erzeugt ein sekundäres Frequenzkeulenspektrum einer großen Amplitude. Außerdem ist es nicht möglich, die Form der ausgesandten Impulse durch eine Modulation des Eingangssignals zu verändern, wenn man solche Sender verwendet.
Aus der Druckschrift RCA Review, Vol. 42, Nº 4, Dezember 1981, Princeton, New Jersey, USA, M. Kumar: "Dual-gate FET phase shifter" ist ein Phasenschieber mit Radialkombinator bekannt, aber von der Beseitigung von Fehlern im Ausgangssignal ist keine Rede.
Außerdem ist aus der Druckschrift IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-32, Nº 3, März 1984, New York, USA, J. Goel "A K-band GaAs FET amplifier with 8,2 W output power" ein Radialkombinator bekannt, bei dem die Phase der Eingangssignale der an diesen Kombinator angeschlossenen Verstärker nicht verändert werden soll.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt die Phasenänderung, die in bestimmten an den Eingang eines Radialkombinators angeschlossenen Sendern erfolgt, zu konstruktiven oder destruktiven Interferenzen bei der Kombination des Signals. Je nach dem Wert der angewandten Phasenverschiebungen ist es möglich, eine mehr oder weniger große Sendeamplitude zu erzielen. Es ist so möglich, insbesondere die Modulation der Form des ausgesandten Impulses durchzuführen, beispielsweise um die durch diese Impulse erzeugen sekundären Frequenzkeulen zu verringern.
Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine Vorrichtung zur Aussendung elektromagnetischer Wellen, die einen Radialkombinator mit mehreren Eingängen für elektromagnetische Wellen enthält, die an mehrere Impedanzanpassungskreise angeschlossen sind, wobei Sender oder Verstärker an die Eingänge des Radialkombinators angeschlossen sind und im Normalbetrieb Äquipotentialpunkte der Impedanzanpassungskreise über Widerstände miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Verstärker oder Sender in Klasse C betrieben werden und an Signalquellen über eine Verarbeitungsvorrichtung mit einem Phasenschieber eingeschlossen sind.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht beschränkend zu verstehenden Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt im Schnitt einen Radialkombinator, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird.
Figur 2 zeigt schematisch den Radialkombinator gemäß Figur 1.
Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäßen Sendevorrichtung.
Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendevorrichtung.
Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sendevorrichtung.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das Verarbeitungssystem aus Figur 4 oder Figur 5.
Figur 7 zeigt einen Radialkombinator, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann.
Figur 8 zeigt die Anschlüsse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 9 zeigt die Anschlüsse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 10 zeigt die Anschlüsse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 11 zeigt das Prinzip einer Amplituden-/Phasenmodulation, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewandt werden kann.
Figur 12 zeigt eine Rundfunksendevorrichtung, die die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet.
Figur 13 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Figur 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verarbeitungskreises, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird.
Figur 15 zeigt ein erstes Beispiel für eine digitale Übertragung.
Figur 16 zeigt ein zweites Beispiel für eine digitale Übertragung.
Figur 17 zeigt ein drittes Beispiel für eine digitale Übertragung.
Figur 18 zeigt die Möglichkeit für die Impulsmodulation mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 19 zeigt die Glättung des Signals, die durch den Verarbeitungskreis in Figur 14 erreicht werden kann.
In den Figuren 1 bis 19 wurden dieselben Bezugszeichen für entsprechende Elemente verwendet.
In den Figuren 1 und 2 sieht man einen Radialkombinator 61. Der Radialkombinator 61 kann die elektromagnetische Energie von mehreren radial angeordneten Sendern oder Verstärkern 67 kombinieren und damit einen nicht dargestellten Wellenleiter speisen. Die Ausgänge der Verstärker oder Sender 67 sind an Impedanzwandler 62, beispielsweise über Koaxialkabel 63 angeschlossen. Die Verwendung der Koaxialkabel wird möglich, da jeder Verstärker oder Sender 67 nur einen kleinen Teil der auszusendenden Gesamtenergie erzeugt. Vorzugsweise sind die Koaxialkabel 63 mit dem Radialkombinator 61 über mit Gewinde versehene Verbinder 83 angeschlossen. Die Impedanzwandler 62 enthalten beispielsweise Fahnen, die an den Innenleiter 66 eines der gleichmäßig auf der zylindrischen Peripherie des Radialkombinators 61 angeordneten Koaxialkabel 63 angeschlossen sind. Der Außenleiter des Koaxialkabels 63 ist an die Masse angeschlossen, die von der Struktur des Radialkombinators 61 gebildet wird. Die Fahnen haben eine Länge von praktisch gleich λ/4, wobei λ die Wellenlänge der geführten Welle bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes ist, für die der Radialkombinator bestimmt ist. Die Breite L jeder Fahne des Impedanzwandlers 62 wird so gewählt, daß die Impedanz zwischen dem Koaxialkabel 63 und dem Hohlraum des Radialkombinators 61 optimal angepaßt wird. Das Ende der Fahnen der Impedanzwandler 62 ist an Masse gelegt. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel sind die Enden an das innere Gehäuse des Radialkombinators 61 angeschlossen. Das Gehäuse des Radialkombinators 61 verlängert sich in seinem Zentrum nach unten in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel, und zwar in Form eines Wellenleiters 65, dessen Zentrum ein Metallteil 64 enthält, welches den Hohlraum des Radialkombinators 61 mit dem Wellenleiter 65 koppelt. Das Teil 64 ist ein Metallteil mit einer Drehsymmetrie und einer erweiterten Form in Richtung auf die obere Wand des Radialkombinators 61. Das Metallteil 64 wird in der englischsprachigen Literatur "door knob" genannt, da es an einen Türknopf erinnert.
Der Wellenleiter 65 ist mit einem Wellenleiter 165 verbunden. In Höhe des Wellenleiters 165 endet das Metallteil 64 in einem erweiterten Bereich 164 ähnlich dem Teil 64.
Die Pfeile 68 in Figur 1 deuten die Verteilung des elektrischen Felds an. Die Verteilung des elektrischen Felds ist symmetrisch im Koaxialkabel 63. In Höhe der Impedanzanpassungskreise 62 ist das Feld symmetrisch oberhalb und unterhalb der Fahnen verteilt. Zunehmend verteilt sich das Feld unsymmetrisch zwischen der Oberseite und der Unterseite der Struktur des Radialkombinators 61.
Die Gesamtheit der gleichmäßig auf der Peripherie eines Kreises verteilten Impedanzwandler 62 erzeugt eine zirkulare Welle. In Höhe der Wellenleiter 65, die einen Metallkern besitzen, hat das Feld eine symmetrische Struktur. In den Wellenleitern 165 ist die Struktur des Feldes wieder unsymmetrisch und enthält Potentialdifferenzen zwischen der oberen und der unteren Wand. Der Wellenleiter 165 besitzt beispielsweise Rechteckquerschnitt. Die Energieübertragung wird durch das Metallteil 64 und das Metallteil 164 möglich. Das Zentrum des Teils 164 liegt in einem Abstand von λ/4 bezüglich des Beginns des Wellenleiters 165.
Vorzugsweise sind die die Impedanzanpassungskreise 62 bildenden Fahnen miteinander über einen metallischen Leiter 150 verbunden.
Wenn einer der Verstärker oder Sender 67 ausfallen würde, dann würde die Gesamtheit der von den Fahnen der Impedanzwandler 62 ausgesandten Strahlung keine zylindrische Welle mehr bilden. In diesem Fall ist es möglich, daß sich Modi höherer Ordnung ausbilden, die den ordentlichen Betrieb des Kombinators 61 stören.
Vorzugsweise verbinden Widerstände 69 die Fahnen der Impedanzwandler 62 an Punkten, die im Normalbetrieb auf gleichem Potential auf jeder Fahne liegen.
So verbrauchen im Normalbetrieb, wenn die beiden Klemmen der Widerstände 69 auf gleichem Potential liegen, diese Widerstände keine Energie. Ihr Vorhandensein ist für den Betrieb der Vorrichtung ohne Belang. Dagegen ergibt sich bei Ausfall eines oder mehrerer Verstärker oder Sender 67 eine Potentialdifferenz zwischen den Fahnen der Impedanzwandler 62. Die Widerstände 69 absorbieren in diesem Fall die überzählige Energie, die ansonsten den ordentlichen Betrieb des Kombinators 61 gestört hätte.
In Figur 3 ist eine Sendevorrichtung mit einem Radialkombinator 61 dargestellt, an den zwei Verstärker- und Sendereinheiten 67 angeschlossen sind.
Der Pilotoszillator 73 ist direkt mit einer ersten Verstärker- und Sendereinheit 67 über eine Anschlußvorrichtung 71 verbunden.
Der Pilotoszillator 73 ist mit einer zweiten Verstärker- und Sendereinheit 67 über einen Phasenschieber 72 und eine zweite Anschlußvorrichtung 70 verbunden. Der Phasenschieber 72 empfängt ein Steuersignal 74, das die Phasenverschiebung beispielsweise zwischen 0 und π verändern kann.
Vorzugsweise sind die Verstärker und Sender 67 radial angeordnet, und jeder zweite Verstärker oder Sender 67 ist an eine Anschlußvorrichtung 71 angeschlossen, während die übrigen Verstärker und Sender 67 mit der Anschlußvorrichtung 70 verbunden sind.
Wenn die durch den Phasenschieber 72 eingeführte Phasenverschiebung null ist, dann sind alle am Eingang aller Verstärker und Sender 67 liegenden Signale in Phase.
In einem solchen Fall ist die am Ausgang des Radialkombinators 61 verfügbare Leistung am größten. Diese Energie ist gleich der Summe der Energien aller Verstärker oder Sender 67, wenn man die Verluste vernachlässigt.
Wenn der Phasenschieber 72 eine Phasenverschiebung um den Wert π einführt. dann ist die Amplitude des am Ausgang des Radialkombinators 61 vorhandenen Signals null. Die kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Veränderung der vom Phasenschieber 72 erzeugten Phasenverschiebung ermöglicht es, vom Wert null zum Höchstwert des Signals am Ausgang des Radialkombinators 61 zu gelangen. Es ist also möglich, eine Modulation des am Ausgang des Radialkombinators 61 verfügbaren Signals durchzuführen.
Diese Modulation kann sich sowohl auf ein kontinuierliches Signal als auch auf ein Impulssignal beziehen. Diese Modulation ist selbst dann möglich, wenn transistorisierte Verstärker oder Sender 67 verwendet werden, die eine Schwelle besitzen, unterhalb der sie kein Ausgangssignal mehr liefern. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Amplitudenmodulation unter Verwendung von Verstärkern, die in Klasse C betrieben werden, ggf. im Sättigungsbereich. Die Verwendung von Verstärkern, die in Klasse C betrieben werden, ermöglicht es, von dem hohen Wirkungsgrad Nutzen zu ziehen, und ergibt weitere mit einem solche Verstärker verbundene Vorteile.
In Figur 4 sieht man eine Vorrichtung mit einem Radialkombinator 61, die die Amplituden- und Phasenmodulation des am Ausgang des Radialkombinators 61 verfügbaren Signals erlaubt. Die Vorrichtung gemäß Figur 4 enthält einen Verarbeitungskreis 9, dessen Betrieb anhand von Figur 14 erläutert werden wird.
In dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das in Figur 4 gezeigt ist, enthält der Verarbeitungskreis 9 mehrere Eingänge und zwei mit einer Anschlußvorrichtung verbundene Ausgänge 70 bzw. 71. Die Verarbeitungsvorrichtung 9 erlaubt es, den zu übertragenden Signalwerten die Phasen zuzuordnen, die das gewünschte Sendesignal ergeben.
In dem in Figur 5 gezeigten Beispiel ist es möglich, jedem Verstärker oder Sender 67 die für die gewünschte Modulation erforderliche Phase zu liefern.
In Figur 6 ist eine Vorrichtung 82 gezeigt, die den Anschluß der Verarbeitungskreise 9 erlaubt. Die Verarbeitungskreise 9 sind mit einer kreisförmigen Anschlußvorrichtung 82 fest verbunden. Die Ausgänge des Kreises 9 sind an Leitbahnen 81 angeschlossen, beispielsweise Mikrostreifen, die radial zur Vorrichtung 82 angeordnet sind.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Ausgänge des Verarbeitungskreises 9 direkt mit den Bahnen 81 verbunden. In einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Ausgänge des Verarbeitungskreises 9 über Drähte 84 mit den Bahnen 81 verbunden.
Die Bahnen 81 enden beispielsweise in Verbindern 83.
Im Einklang mit der Mikrostreifentechnologie bildet die zweite Seite der Vorrichtung 82 eine Massenebene. Diese Massenebene wird jedoch von den notwendigen Verbindungen an die Eingänge des Verarbeitungskreises 9 durchquert. Diese Eingänge sind in Figur 6 nicht dargestellt.
In einer Ausführungsvariante der Vorrichtung aus Figur 6 sind die Eingänge des Verarbeitungskreises 9 auch über Bahnen 81 der Vorrichtung 82 angeschlossen. In Figur 6 wurde ein Verarbeitungskreis 9 dargestellt, der nur vier Ausgänge hat. Selbstverständlich überschreitet eine Herstellung der Vorrichtung 82 mit mehr Ausgängen nicht den Rahmen der vorliegenden Erfindung.
In Figur 7 erkennt man ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Anschlußkreise 70 oder 71. Die Anschlußvorrichtung 70 oder 71 enthält Bahnen 81, die in Mikrostreifentechnik hergestellt sind und die Verbindung zwischen einem Eingang 65 und beispielsweise Verbindern 83 herstellt. Die zweite Seite der Anschlußvorrichtung 70 oder 71 ist gemäß der Mikrostreifentechnologie metallisiert und bildet eine Massenebene. Die Eingangspunkte 65 durchqueren vorzugsweise diese Massenebene und sind dabei bezüglich dieser Ebene isoliert.
In Figur 7 sind nur vier Bahnen 81 dargestellt. Die Verwendung von mehr Bahnen 81 sprengt den Rahmen der Erfindung nicht.
In einer Ausführungsvariante der Anschlußvorrichtung 70 und 71 verwendet man zwei isolierte Ebenen, um die Bahnen 81 der Anschlußvorrichtung 70 und der Anschlußvorrichtung 71 zu realisieren. Vorzugsweise legt man eine Massenebene zwischen die Ebenen der Bahnen 81 der Anschlußvorrichtung 70 und der Bahnen 81 der Anschlußvorrichtung 71. Vorzugsweise wird der Eingang dieser Vorrichtung von drei koaxialen Leitern gebildet. Der zentrale Leiter dient als äußerer Leiter für das von den beiden ersten Leitern gebildete Koaxialkabel und als Innenleiter des Koaxialkabels, das von den beiden letzteren Leitern gebildet wird.
Natürlich können die Anschlußvorrichtungen 70 und 71 auch an die Eingänge der Verstärker oder Sender 67 über Leitungen, beispielsweise Koaxialkabel, angeschlossen sein.
In Figur 8 sieht man ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Anschlußvorrichtung 70 und 71, die auf dem Radialkombinator 61 liegt. Die Ausgänge der Anschlußvorrichtung 70 und/oder 71 sind beispielsweise über Verbinder 83 und Koaxialkabel 63 an Verstärker oder Sender 67 angeschlossen. Die Verstärker oder Sender 67 sind an die Eingänge des Radialkombinators 61 angeschlossen. Die Eingänge der Anschlußvorrichtung 70 und/oder 71 sind in Figur 8 nicht dargestellt.
In Figur 9 erkennt man ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Anschlußvorrichtung 70, die auf einer Seite eines Radialkombinators 61 liegt, während die Anschlußvorrichtung 71 auf der anderen Seite des Kombinators in der Figur 9 nicht sichtbar ist. Die Ausgänge der Anschlußvorrichtung 70 sind an die Eingänge der Verstärker oder Sender 67 über Verbinder 83 und Koaxialkabel 63 angeschlossen. Die Verstärker und Sender 67 sind mit ihrem Symbol in Figur 9 dargestellt. Die Ausgänge der Verstärker oder Sender 67 sind beispielsweise über Verbinder 83 und Koaxialkabel 63 mit den Eingängen des Radialkombinators 61 verbunden. Gleiches gilt für die Anschlußvorrichtung 71, die auf der anderen Seite des Radialkombinators 61 liegt.
Vorzugsweise ist jeder zweite Eingang des Radialkombinators 61 mit der Anschlußvorrichtung 70 verbunden, während die restlichen Eingänge mit der Anschlußvorrichtung 71 verbunden sind. Die mit der Anschlußvorrichtung 70 verbundenen Eingänge wechseln sich mit denen ab, die mit der Anschlußvorrichtung 71 verbunden sind.
In Figur 10 sieht man im Profil die Vorrichtung aus Figur 9, in der außerdem der Wellenleiter 165 dargestellt wurde, der an eine in Figur 10 nicht dargestellte Sendeantenne angeschlossen werden kann. In Figur 10 wurden nur drei Verstärker oder Sender 67 in Form von Elektronikkarten dargestellt. Natürlich werden solche Karten durch die an sich bekannte Vorrichtung festgehalten. Die Anschlußvorrichtung 70 ist auf dem Wellenleiter 65 angeordnet. Die Anschlußvorrichtung 71 ist auf einem Abstandsstück 130 angeordnet, das eine symmetrische Anordnung und damit die gleiche Phasenverzögerung aufgrund des vom Signal durchlaufenen Wegs gewährleistet. In Figur 10 wurden nur drei Verstärker und/oder Sender 67 dargestellt.
Figur 11 zeigt das Prinzip der Amplituden-/Phasenmodulation, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann. In Figur 11 wurde das Signal 6, das im Radialkombinator 61 kombiniert werden kann, in Polarkoordinaten dargestellt. Die Streckenlänge gibt die Amplitude des Sendesignals und der Winkel die Phase wieder. Der Kreis 5 zeigt die Amplitude der Sender 67 oder von zwei verwendeten Sendeeinheiten 67. Ein erstes Signal 6 entspricht einer Phase φA, während das zweite Signal 6 einer Phase φB entspricht. Das resultierende Signal 7 ergibt sich durch Vektoraddition der von den beiden Sendern kommenden Signale 6.
So sieht man, daß sich durch eine geeignete Modulation der Phasen φA und φB der beiden Sender 67 ein amplituden- und phasenmoduliertes Signal 7 ergibt.
Vorzugsweise verwendet man das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dr Erfindung, um digitale Datenübertragungen zu erreichen.
In Figur 12 sieht man ein Ausführungsbeispiel einer Sendevorrichtung, die die Amplituden-/Phasenmodulation verwendet.
Die Vorrichtung enthält mindestens eine Quelle 8 für die zu übertragenden Signale, beispielsweise ein Mikrophon. Die Verarbeitungsvorrichtung 9 wandelt das empfangene Signal in Steuersignale für die Sender 67 (oder für in Figur 12 nicht dargestellte Phasenmodulationsvorrichtungen) um, so daß sich die notwendigen Phasen ergeben, um ein Signal zu erzeugen, das von dem zu übertragenden Signal abhängt. Die Verarbeitungsvorrichtung ist an mindestens zwei Sender 67 angeschlossen.
Vorzugsweise ist ein örtlicher Oszillator 10 mit den Sendern 67 verbunden, um die Frequenz erhöhen zu können. Es ist möglich, mehrere (nicht dargestellte) Stufen zur Frequenzerhöhung zu verwenden. Die aus den Sendern 67 kommenden Signale werden in einem Radialkombinator 61 summiert.
In Figur 13 sieht man ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit N Signalquellen 8. In dem in Figur 13 gezeigten Beispiel gibt es digitale Übertragungen. So muß man, wenn man analoge Signalquellen verwendet, dieses Signal digitalisieren. Die Digitalisierung des Signals erfolgt entweder in der Verarbeitungsvorrichtung 9 oder, wie in Figur 13 gezeigt, in Analog-Digital-Wandlern 120, die vor der Verarbeitungsvorrichtung 9 liegen. Natürlich sind nur die Quellen 8 von Analogsignalen mit Analog-Digital-Wandlern 120 verbunden. Die Verarbeitungsvorrichtung 9 ist an M Sender 67 angeschlossen. Die M Sender 67 sind mit einem Radialkombinator 61 verbunden. Dieser ist an eine Antenne 1 angeschlossen. Die Verarbeitungsvorrichtung 9 liefert den Sendern 67 die für die gewünschte Amplituden-/Phasenmodulation erforderlichen Bezugsphasen. Die in Figur 13 dargestellte Vorrichtung kann gleichzeitig mehrere Kanäle über eine gemeinsame Übertragungsstrecke übertragen oder auch aufgrund der Übertragungsbedingungen und der gewünschten Datendurchsätze einen einzigen Kanal auf mehrere Übertragungsstrecken verteilen. Beispielsweise überträgt man auf einer ersten Trägerfrequenz die für ein Fernsehprogramm notwendigen Informationen und auf einer zweiten Trägerfrequenz zusätzliche Informationen, die für hochauflösende Bilder notwendig sind.
Vorzugsweise kann die Verarbeitungsvorrichtung 9 das auszusendende Signal verändern: Beispielsweise verändert die Verarbeitungsvorrichtung 9 den Farbabgleich eines Farbvideosignals oder filtert die hohen Frequenzen eines Tonsignals.
Die Verwendung der digitalen Übertragung ermöglicht es, die zu übertragenden Informationen vom Übertragungskanal unabhängig zu machen. So ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für Rundfunksendungen, Fernsehsendungen, Richtfunkübertragungen oder Aussendungen von modulierten Radarimpulsen zu verwenden.
In Figur 14 sieht ma eine Verarbeitungsvorrichtung 9, die N Signalquellen 8 (in der Figur nicht zu sehen) auf M Sender 67 (in der Figur 14 nicht zu sehen) verteilt.
Die Vorrichtung 9 enthält eine Transkodiervorrichtung 91, die den Sendern 67 die für die Sendung notwendigen Signale liefert. Beispielsweise überträgt man im Fall einer einzelnen Signalquelle 8 und zwei Sendern 67 ein komplexes Nutzsignal x(t) = (t) . ejφ(t), das im Einseitenband um eine Frequenz f&sub0; moduliert ist.
Die ausgesandten Signale e(t) ergeben sich durch die Formel:
Hierbei bedeutet R "Realteil von"
Es sei Aφ(t) = Arc cos (t)/2.
Dann erhält man die Modulationssignale eines ersten Senders 67:
x&sub1;(t) = ej(φ (t) + Δφ (t))
und das Modulationssignal des zweiten Senders 67:
x&sub2;(t) = ej(φ (t) - Δφ (t))
Am Ausgang des Radialkombinators 67 erhält man ein Signal
So ist das Sendesignal gleich dem Signal, das man aussenden wollte. Wenn die Zahl M von Sendern 67 größer als 2 ist, dann erzeugt die Transkodiervorrichtung 9 M Signale xi(t), wobei i von 1 bis M variiert, woraus das auszusendende Signal durch Addition dieser Signale entsteht. Für eine Zahl M größer als 2 gibt es eine Vielzahl von Einheiten mit der Elementarphase (φ&sub1; ...φM).
Die Wahl einer Kodierung kann vorteilhafterweise das für die Sender 67 notwendige Durchlaßband verkleinern.
Die von den N Signalquellen 8 kommenden Signale werden zeitlich multiplexiert oder parallel übertragen.
In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet man für jeden Sender ein bekanntes Modulationsgesetz. Beispielsweise verwendet man binäre Modulationsgesetze. Vorzugsweise verwendet man für alle Sender 67 die Modulation MSK (aus dem englischen "Minimum Shift Keying"). In anderen Ausführungsbeispielen verwendet man die Modulationsgesetze CPFSK (aus dem englischen "Continuous Phase Frequency Shift Keying") oder FSK (aus dem englischen "Frequency Shift Keying").
Vorzugsweise ist die Transkodiervorrichtung 91 parallel an M Übertastungsvorrichtungen 92 angeschlossen. Die Übertastungsvorrichtung 92 führt eine Übertastung des Signals beispielsweise im Verhältnis 4, 6 oder 8 durch.
Vorzugsweise ist die Übertastungsvorrichtung 92 mit einer Glättungsvorrichtung 93 für das Signal verbunden. Die Glättungsvorrichtung für das Signal zwischen zwei übertragenen Datenwerten erlaubt es, die Signalsprünge zu verringern und so das für die Übertragung notwendige Durchlaßband zu verkleinern. Die Glättungen des Signals in der Vorrichtung 93 haben den Nachteil, daß sie die Zeitintervalle um einen Faktor 2 verringern, in denen die übertragene Information stabil ist. Dies führt zu einem Verlust von etwa 3 dB auf der Empfangsseite. Die Ergebnisse der Glättung sind in Figur 19 dargestellt.
Vorzugsweise ist die Glättungsvorrichtung an eine Vorrichtung 94 angeschlossen, die das Signal digital auf einen Träger bringt. Die Ausgänge der Vorrichtung 94 sind mit den Sendern 67 verbunden (in Figur 14 nicht dargestellt).
In Figur 15 ist ein Beispiel für die Verteilung der digitalen Werte des Signals in der komplexen Ebene gezeigt, die sich mit zwei Sendern oder Sendeeinheiten 67 ergibt. Das Signal enthält 32 verschiedene Werte, was einer digitalen Übertragung mit 5 Bits entspricht. Der digitale Wert entspricht Punkten 13 eines Durchmessers 28, die auf vier Kreise 15, 16, 17 und 18 mit den Durchmessern 1, 2, 3 und 4 verteilt sind. 1 ist beispielsweise gleich 2/2, = 1, 3 = 2 und 4 = 2, wobei die Leistung eines Senders auf den Einheitswert 1 normalisiert ist. Die Punkte 14 sind gleichmäßig auf jedem Kreis verteilt.
Die digitalen Werte sind durch Punkte 13 eines Durchmessers 26 dargestellt entsprechend einer Ungewißheit um entsprechende Punkte 14 des theoretischen Sendesignals durch Kombination der von den Sendern 67 in Figur 13 ausgesandten Signale. Es ist nämlich wichtig, beim Empfang den digitalen ausgesandten Wert bestimmen zu können, d.h. den Punkt 14 in der komplexen Ebene (Amplitude, Phase), und dies trotz der Verformung der Information. Diese Verformung der Information kommt insbesondere von den Verzerrungen und vom thermischen Rauschen. Die Größe der Punkte 14 hängt von der Fehlerwahrscheinlichkeit ab, die man akzeptieren will.
Beispielsweise entspricht ein Radius δ der Punkte 14 von
- 4,75 ( ist der typische thermische Rauschabstand) einer Fehlerwahrscheinlichkeit von 10&supmin;&sup6;,
- 7 einer Fehlerwahrscheinlichkeit von 10&supmin;¹² und
- 10 einer Fehlerwahrscheinlichkeit von 10&supmin;²³.
Eine Fehlerwahrscheinlichkeit von 10&supmin;&sup6; kann als zu groß für die Übertragungen angesehen werden, da dann stets Fehler auf dem Bildschirm vorhanden sind. Diese Fehler können das hochauflösende Fernsehbild ganz verformen, das für die Übertragung eine Informationskompression verwendet.
Die Wahl von δ beeinflußt die Anzahl unterschiedlicher Zustände (d.h. von Punkten 13), die man übertragen kann.
Die Erfindung ist nicht auf kreisförmige Punkte 14 begrenzt. Es ist möglich, andere Flächen 14 in einer komplexen Ebene zu verwenden, um den digitalen Wert eines Punktes zu bestimmen, wie z.B. Polygone.
In einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen die Punkte 14 nicht aneinander. Dem Zwischenraum zwischen den Punkten 14 wird kein digitaler Wert zugewiesen. Beim Empfang wird ein nicht einem Punkt 14 angehörendes Signal nicht verarbeitet.
In einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet man aneinandergrenzende Zonen 14. Vorzugsweise sind die Punkte 13 die Schwerpunkte der Zonen 14.
Um die Fehlergefahr beim Empfang zu verringern, legt man vorzugsweise die Punkte 13 möglichst weit voneinander weg. So liegen auf jedem nächstfolgenden Kreis die Punkte 14 auf der Mittellinie zwischen den Punkten 14 des vorhergehenden Kreises. In dem in Figur 15 gezeigten Beispiel liegt die Phasendiskriminierung bei π/8 und das Signal/Rauschverhältnis zwischen 15 und 24 dB.
In Figur 16 sieht man ein Beispiel für die Verteilung von mit 6 Bits übertragenen digitalen Werten in der komplexen Ebene, d.h. mit 64 getrennten Punkten 14. Die Punkte 14 sind auf vier Kreise 15 bis 18 verteilt, deren Durchmesser 1 = 2/2, 2 = 1, 3 = 2, 4 = 2, wobei die Leistung eines Senders 67 auf den Einheitswert normalisiert ist. Die erforderliche Phasengenauigkeit liegt bei π/16.
In Figur 17 kann man eine Verteilung der verschiedenen zu übertragenden digitalen Werte in der komplexen Ebene sehen, bei der die Verwechslungsgefahren sehr gering sind. Die Punkte 14 sind auf einer Spirale um das Zentrum 12 angeordnet, die zwischen einem Kreis entsprechend der notwendigen Mindestleistung für das gewünschte Signal/Rauschverhältnis und einem Kreis entsprechend der Summe der Leistungen aller verwendeten Sender verläuft. Vorzugsweise handelt es sich um eine logarithmische Spirale. In Figur 17 wurden 24 einzelne Punkte 14 entsprechend einem Signal/Rauschverhältnis von 30 dB dargestellt. Die verwendete Spirale wird durch eine Kurve 19 angenähert, die die Punkte 14 verbindet.
In Figur 18 sieht man die verschiedenen Formen der Impulse 132, die beispielsweise von Radaranlagen oder Luftüberwachungseinrichtungen ausgesandt werden können.
In Figur 18a sieht man einen Rechteckimpuls 132. Die Rechteckimpulse sind am einfachsten zu erzeugen. Sie zeigen aber den Nachteil, daß sie ein breites Frequenzspektrum erfordern und damit eine große Bandbreite für den Sender erfordern oder unerwünschte sekundäre Frequenzkeulen erzeugen. Diese sekundären Frequenzkeulen stören den korrekten Betrieb der in benachbarten Frequenzbereichen arbeitenden Vorrichtung.
Die Verbreiterung des Spektrums wird durch die abrupten Übergänge insbesondere am Fuß des Impulses 133 sowohl bei der Anstiegsflanke als auch an der Abstiegsflanke des Impulses hervorgerufen sowie im Augenblick 134, wo man bei der maximalen Energie ankommt.
In Figur 18b sieht man einen Impuls 132, der im wesentlichen eine Gauß'sche Glockenform besitzt und nur sehr schwache sekundäre Frequenzkeulen aufweist. Der Impuls 132 in Figur 18b besitzt weiche Übergänge sowohl am Fuß 133 des Impulses wie am Scheitel der Impulsamplitude. Ein solcher im wesentlichen Gauß'scher Impuls kann durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt werden.
In Figur 18c sieht man einen durch Modulation erhaltenen Impuls, der an den Eingang der eine Auslöseschwelle S aufweisenden Verstärker oder Sender 67 angelegt wird, zum Beispiel einen Transistorverstärker oder manche Röhrenverstärker. Erhöht man das Eingangssignal eines Verstärkers oder Senders 67, ohne die Schwelle S zu erreichen, dann wird gar kein Signal ausgesandt. Sobald man den Schwellwert erreicht, wird ein Signal mit einer von Null verschiedenen Amplitude ausgesandt. Der plötzliche Übergang zeigt sich an der Impulsform durch eine rechteckige Basis mit rechten Winkeln bei 133.
In der Figur wurde die erhaltene Ausgangsamplitude eines Verstärkers oder Senders 67 angesichts eines Schwellwerts S dargestellt.
Wenn es auch möglich ist, die Scheitel der Impulse 132 zu modulieren, so erzeugt doch die Rechteckform an der Impulsbasis erhebliche sekundäre Frequenzkeulen. Die Verwendung des Radialkombinators gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt es, sich der Impulsform 132 der Figur 18b anzunähern, da die restliche Energie in den Widerständen 69 absorbiert wird.
In Figur 18d sieht man einen langen Impuls 132 mit abgerundeten Formen, der das Frequenzspektrum zu begrenzen erlaubt. Diese Begrenzung der Spektren wird im Fall der langen Impulse nur mit einem sehr geringen Leistungsverlust erhalten. Jedoch kann dieser Verlust einen Verlust an Auflösung in der Entfernungsmessung für eine Radaranlage nach sich ziehen, die keine Impulskompressionsvorrichtung enthält.
Wie bereits erläutert, sind die Widerstände 69 in den Figuren 1 und 2 dazu bestimmt, die Leistung zu absorbieren, die bis zu 3 dB reicht und von der Modulation der Impulse stammt. Natürlich ist es in der Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, kontinuierlich zu arbeiten, unbedingt erforderlich, daß die Widerstände 69 diese Leistung auch abführen können.
In den Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, in denen man eine periodische Modulation des Signals erhalten will und nicht nur eine Modulation der Impulse, ist es notwendig, die überschüssige Energie, die sich in Höhe der Impedanzwandler 62 befindet, wiederzugewinnen, um sie nach einer Verzögerung phasenrichtig mit dem auszusendenden Signal erneut einzuspeisen.
In Figur 19 sieht man das Prinzip der Glättung, die von der Vorrichtung 93 der Verarbeitungsvorrichtung 9 durchgeführt wird. In Figur 19 wurde dasselbe Bezugszeichen 114 sowohl zur Bezeichnung der Abstände oder Zeitperioden als auch zur Bezeichnung der diese Zeitabstände begrenzenden Zeitpunkte verwendet.
Um die Figur zu vereinfachen, ist das in Figur 19 dargestellte Beispiel eine Phasenmodulation (und nicht eine Amplituden-/Phasenmodulation). Natürlich läßt sich dieses Prinzip auch auf die Amplituden-/Phasenmodulation anwenden.
Die Glättung des Signals verringert die Durchlaßbandbreite der Sender und die Eigenverzerrung des Signals bei der digitale Übertragung.
Bei der digitalen Übertragung mit Phasenmodulation hängt der zu übertragende digitale Wert von der Phase des Signals innerhalb einer Periode 114 ab. So besitzt das Signal im Punkt 114 einen Phasensprung 112. Das Vorliegen dieses Phasensprungs kann den korrekten Betrieb der Vorrichtung stören, insbesondere durch Selbstverzerrung, wenn das Durchlaßband ausreichend sein sollte. So enthält die Verarbeitungsvorrichtung 9 in Figur 14 eine Glättungsvorrichtung, die die Phasensprünge 112 durch einen Phasenübergang 113 ersetzt. Die Glättung ergibt sich beispielsweise durch Interpolation zwischen den Werten in Höhe des Punkts 114. Natürlich wird die Phase in der Umgebung des Punkts 114 verändert. Es ist daher wichtig, die Phasenmessung nicht zu diesen Zeitpunkten durchzuführen. Wenn die Phasenmessung über ein angepaßtes Filter erfolgt, das die Integration des Signals während der Periode 114 durchführt, ist es notwendig, die Integrationszeit des Filters so zu verändern, daß nur der Teil der Periode 14 integriert wird, in dem die übertragene Phase stabil ist.
Natürlich kann die Amplitudenmodulation der Impulse gemäß der vorliegenden Erfindung mit anderen Impulsmodulationen wie z.B. der Frequenzmodulation oder der Phasenmodulation in Verbindung gebracht werden. Die Phasenmodulation ermöglicht beispielsweise eine Impulskompression. Außerdem ist die Erfindung anwendbar auf Radargeräte, die für mehrere Frequenzen ausgebildet sind, wobei die bei den verschiedenen Frequenzen ausgesandten Impulse amplitudenmoduliert werden, um die Sekundärkeulen möglichst gering zu halten.
Die Erfindung ist insbesondere auf die Impulsmodulation, auf die Amplitudenmodulation und/oder Phasenmodulation von funkelektrischen Signalen anwendbar.
Die Erfindung wird hauptsächlich bei der Modulation von Radarimpulsen und in Luftüberwachungseinrichtungen angewandt sowie bei der Datenübertragung mit Amplitudenmodulation und/oder Phasenmodulation, die insbesondere für die Realisierung von Radio- oder Fernsehsendungen mit Hochauflösung verwendbar ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Aussendung elektromagnetischer Wellen, die einen Radialkombinator mit mehreren Eingängen (63) für elektromagnetische Wellen enthält, die an mehrere Impedanzanpassungskreise (62) angeschlossen sind, wobei Sender oder Verstärker (67) an die Eingänge (63) des Radialkombinators angeschlossen sind und im Normalbetrieb Äquipotentialpunkte der Impedanzanpassungskreise über Widerstände (69) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Verstärker oder Sender (67) in Klasse C betrieben werden und an Signalquellen über eine Verarbeitungsvorrichtung (9, 72) mit einem Phasenschieber (72, 91) eingeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsvorrichtung (9) Schaltungen (91 bis 94) besitzt, die an den Eingang der Verstärker oder Sender (67) die Signale liefern, mit denen am Ausgang des Kombinators die gewünschte Modulation und/oder Kodierung erreicht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärker oder Sender (67) ein eigenes Steuersignal vom Verarbeitungskreis (9) empfängt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (82) zum Anschluß des Verarbeitungskreises (9) an die an die Eingänge der Verstärker oder Sender (67) angeschlossenen Koaxialkabel besitzt, wobei die Anschlüsse des Verarbeitungskreises (9) gemäß der Mikrostreifentechnologie erfolgen.

5. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Anschlußkreis (70, 71) zwischen dem Steuerkreis (9, 72) und den Verstärkern oder Sendern (67) aufweist, wobei der Anschlußkreis in Streifenleitungstechnik (im englischen "strip line") ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Radargerät ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Fernsehsender ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Rundfunksender ist.

9. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die bestimmte Merkmale der Form und/oder Amplitude und/oder Modulation besitzen.