DE3940295C2 - Mobilfunkgerät und Hochfrequenzsender mit geregelter Ausgangsleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunkgerät und einen Hochfrequenzsender gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5.

HF-Sender mit geregelter Ausgangsleistung werden beispielsweise in Mobilstationen eingesetzt, wobei die Ausgangsleistung der Mobilstation entsprechend der an einer Basisstation gemessenen Empfangsfeldstärke mittels von der Basisstation zur Mobilstation übertragenen Steuerbefehlen geregelt wird. Die Mobilstationen senden nur innerhalb der betreffenden Mobilstation zugeordneter Zeitschlitze, so daß die benötigte HF-Sendeleistung möglichst unverzögert innerhalb eines solchen Zeitschlitzes zur Verfügung stehen muß, während außerhalb der zugeordneten Zeitschlitze die Aussendung eines HF-Signals möglichst vermieden werden muß.

Aus DE 34 33 901 A1 ist eine Schaltung zur Leistungssteuerung von Hochfrequenz­ sendern mittels einer Regelschleife bekannt. Die Schaltung zur Leistungssteuerung enthält einen steuerbaren Verstärker, einen HF-Leistungsverstärker, einen Richtkoppler und einen Gleichrichter, dem der ausgekoppelte Teil der HF-Leistung zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung als Regelgröße mit einer von einem Sollwertgeber abgegebenen Führungsgröße verglichen und daraus die Regelabweichung gebildet wird. Hierbei wird die Führungsgröße aus einem Signal für die Sendeleistungseinstellung eines an ein Logikteil angeschlossenen Datenbus­ ses gebildet, das vom Logikteil über einen D/A-Wandler und ein nachfolgendes Besselfilter an den Punkt der Zusammenführung mit der Regelgröße führt. Die Differenz zwischen Führungsgröße und Regelgröße bildet eine Regelabweichung, mit der ein als Integrator arbeitender Regelverstärker angesteuert wird, der einen weiteren Eingang zur Zuführung einer definierten Spannung zum Ein- und Ausschalten des Senders aufweist. Ein Ausgang des Regelverstärkers ist mit dem steuerbaren Verstärker verbunden. Zwischen dem Logikteil und dem Ausgang des Gleichrichters ist außerdem ein Fensterdiskriminator eingeschaltet.

Das durch das Tiefpaßfilter vorgegebene Übergangsverhalten der Sendeleistung ist nur im Dynamikbereich der Regelung möglich. Der Dynamikbereich wird bestimmt durch den begrenzten linearen und temperaturstabilen Bereich der Gleichrichter­ schaltung. Für ein störleistungsarmes Schalten der Senderleistung auch außerhalb des dynamischen Regelbereichs, nämlich beim Ein- und Ausschalten der Sendeendstufe, wird das Stellglied über einen Eingang nach einer e-Funktion gesteuert. Zur Erkennung des dynamischen Regelbereichs dient der Fensterdiskriminator, der in Verbindung mit der Logik den Eingang des Regelverstärkers ansteuert.

Die Anforderungen an heutige Mobilfunkempfänger zielen im allgemeinen auf eine fortschreitende Miniaturisierung, Verlängerung der Betriebsbereitschaft im Batterie­ betrieb und niedrigere Herstellungskosten ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Mobilfunkgerät bzw. einem Hochfrequenzsender der eingangs genannten Art den Raumbedarf der verwendeten Bauelemente zu verringern, den Stromverbrauch zu senken und Schaltungsanordnungen zu verwenden, die mit kostengünstigeren Bauelementen ausgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 bzw. 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit der beim Einschalten des Senders erzeugten definierten Spannung wird der Regelschaltung im Einschaltzeitpunkt eine zusätzliche Führungsgröße zugeführt. Diese zusätzlich zugeführte Führungsgröße bewirkt eine Regelabweichung, welche die HF-Ausgangsleistung schnell innerhalb ihres möglichen kontrollierbaren Einstellbereiches bringt. Die Verzögerungszeit der Schaltungsanordnung zur Impulsverzögerung ist so bemessen, daß die Führungsgröße des Sollwertgebers unmittelbar nach Erreichen des kontrollierten Einstellbereiches zugeschaltet wird. Durch Abklingen der zusätzlich zugeschalteten definierten Spannung ist bis zum Ausschalten des Senders nur noch die mittels des Sollwertgebers vorgegebene Führungsgröße wirksam. Die Erfindung bietet den Vorteil, daß auf eine Anordnung zur Erkennung des Regelbereichs verzichtet werden kann. Eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Schaltsignals beim Einschalten des Senders kann mit wesentlich geringerem Raumbedarf und billigeren Bauelementen aufgebaut werden als ein Fensterdiskriminator.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung zur Abgabe einer definierten Spannung beim Einschalten des Senders wird diese Schaltungsanordnung durch einen aus einem ersten und einem zweiten Teilwiderstand gebildeten Spannungsteiler gebildet, wobei dem Teilwider­ stand, wobei dem mit dem Eingang verbundenen Teilwiderstand ein Kondensator parallelgeschaltet ist und wahlweise am Ein­ gang bzw. am Ausgang dieses Spannungsteilers eine Diode angeordnet ist. Das Verhältnis der beiden Teilwiderstände ist so gewählt, daß der beim Einschalten des Schaltsi­ gnals abgegebene Impuls den Regelverstärker zuverlässig in seinen dynamischen Regelbereich steuert. Mit der Be­ messung des Kondensators wird das Abklingen des Ausgangs­ impulses so bemessen, daß nach Ablauf einer Verzögerungs­ zeit nur noch die dann zugeschaltete vorgegebene Füh­ rungsgröße wirksam ist. Die in Flußrichtung gepolte Diode sorgt dafür, daß nur beim Einschalten ein wirksamer Im­ puls abgegeben wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Anordnung zur Erzeugung eines Spannungsoffsets vorgese­ hen, deren Spannungsoffset sowohl einem im Regelkreis an­ geordneten Gleichrichter als auch einer aus dem Sollwert gebildeten Führungsgröße zugeführt ist. Hierdurch wird der Spannungsoffset sowohl der Regelgröße als auch der Führungsgröße überlagert. Bei der Subtraktion dieser bei­ den Größen hebt sich der über lagerte Spannungsoffset wie­ der auf, so daß er auf die weitere Regelung keinen Ein­ fluß mehr ausübt.

Durch Zuführung des Spannungsoffsets an den Gleichrichter wird jedoch in vorteilhafter Weise das Betriebsverhalten des Gleichrichters verbessert. Niedrige HF-Ausgangslei­ stungen, die am Gleichrichter keine Spannung mehr erzeu­ gen, entsprechen nunmehr einer definierten Spannung, näm­ lich dem Spannungsoffset. Hierdurch können die verwende­ ten Operationsverstärker und eventuell ein für die Gleichrichtung vorgesehener Operationsverstärker mit nur einer Versorgungsspannung betrieben werden, ohne daß Pro­ bleme mit der Nullspannung zu erwarten sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Regelung eines HF-Senders.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten HF-Leistungssender wird mittels einer aus einem steuerbaren Verstärker V1, einem HF-Leistungsverstärker V2, einem Richtkoppler RK und ei­ nem Gleichrichter G, einem invertierenden Verstärker V3 und einem Regelverstärker V4 gebildeten Regelschleife ei­ ne an einem Ausgang des HF-Senders abgegebene HF-Lei­ stung P_a geregelt. Ein Teil P′ der von dem HF-Leistungs­ verstärker V2 erzeugten Leistung P_a wird mittels des Richtkopplers RK ausgekoppelt und dem Gleichrichter G zu­ geführt. Die Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters G bildet eine Regelgröße X. Diese Regelgröße X wird in den invertierenden Verstärker V3 invertiert und anschließend zu einer Führungsgröße W addiert.

Im Ausführungsbeispiel sind sowohl die Regelgröße X als auch die Führungsgröße W elektrische Spannungen, deren Spannungsdifferenz nach der Addition einer Regelabwei­ chung W-X entsprechen. Die Regelabweichung W-X wird in dem Regelverstärker V4 zu einer Stellgröße Y verstärkt, welche den steuerbaren Verstärker V1 ansteuert. Der Aus­ gang des steuerbaren Verstärkers V1 ist seinerseits mit dem Eingang des Leistungsverstärkers V2 verbunden und schließt damit die Regelschleife.

Mit der Führungsgröße W wird die HF-Ausgangsleistung P_a des HF-Senders vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel liegt die jeweils vorgesehene Sendeleistung als binärcodierter Wert vor, welcher zur Erzeugung eines analogen Spannungs­ wertes einem Digital/Analog-Umsetzer D/A über Eingangs­ klemmen B, C, D zugeführt ist. Im Ausführungsbeispiel bildet somit der Digital/Analog-Umsetzer D/A den Soll­ wertgeber.

Über ein an einem Schalteingang E zuführbares Schaltsi­ gnal ist der HF-Sender ein- und ausschaltbar.

Der Schalteingang E ist einer Anordnung zur Impulsverzö­ gerung Q2, welche das Schaltsignal erst nach einer gewis­ sen Verzögerungszeit weitergibt, und einer Schaltungsan­ ordnung zur Impulserzeugung Q1 zugeführt, welche beim An­ legen eines Schaltsignals einen abklingenden Spannungsim­ puls erzeugt. Mittels der Anordnung zur Impulsverzöge­ rung Q2 wird die Weitergabe der von dem Digital/Analog- Umsetzer D/A erzeugten Ausgangsspannung erst nach Ablauf der Verzögerungszeit weitergegeben. Dies ist in Fig. 1 symbolisch durch einen elektronisch steuerbaren Schal­ ter S dargestellt, welcher erst nach Ablauf der Verzöge­ rungszeit geschlossen wird. Auf diese Weise ist der durch den D/A-Umsetzer gebildete Sollwertgeber durch den dis­ kreten Schalter S schaltbar ausgeführt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des HF-Senders wird ein Digital/Analog-Umsetzer verwendet, der einen Enable-Eingang aufweist. Während eine niedrige Spannung am Enable-Eingang dieses Digital/Analog-Umsetzers be­ wirkt, daß am Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers keine Spannung abgegeben wird, bewirkt eine höhere Spannung, daß eine, dem an den Digital-Eingängen binärcodierten Wert entsprechend umgesetzte analoge Spannung am Analog- Ausgang abgegeben wird. Damit bildet der schaltbare Aus­ gang des D/A-Umsetzers eine Einheit mit dem D/A-Um­ setzer. In diesem Fall ist somit die Eigenschaft des Sollwertgebers, daß er schaltbar ist, bereits im D/A-Um­ setzer integriert.

Die Anordnung zur Impulsverzögerung Q2 besteht im Ausfüh­ rungsbeispiel aus einem aus einem Widerstand R5 und einem Kondensator C2 gebildeten RC-Tiefpaß, welchem ein Inver­ ter Q4 nachgeschaltet ist. Eine parallel zum Wider­ stand R5 angeordnete Diode bewirkt, daß die Verzögerung nur beim Einschalten des HF-Senders wirksam ist. Beim Ausschalten des HF-Senders wird der Kondensator G sofort über diese Diode D2 entladen, so daß das Ausschaltsignal nahezu unverzögert zum Öffnen des Schalters S führt. Bei einem am Schalteingang anliegenden Schaltsignal steigt die Spannung entsprechend der Zeitkonstante des RC-Tief­ passes entsprechend an. Erst nachdem die Spannung über dem Kondensator C2 des RC-Tiefpasses die Schaltschwelle des Inverters erreicht, gibt der Inverter das Schaltsi­ gnal invertiert weiter an den elektronisch steuerbaren Schalter S.

Die Schaltungsanordnung zur Impulserzeugung Q1 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem aus zwei Teilwiderstän­ den R3, R4 gebildeten Spannungsteiler, wobei dem mit dem Schalteingang E verbundenen Teilwiderstand R3 ein Konden­ sator C1 parallelgeschaltet ist. Des weiteren ist dem mit dem Eingang verbundenen Teilwiderstand R3 eine Diode D1 vorgeschaltet. Durch diese Schaltungsanordnung wird beim Anlegen eines Schaltsignals am Schalteingang E eine Aus­ gangsspannung Z erzeugt, die der Spannung des Schaltsi­ gnals entspricht. Durch Aufladen des Kondensators sinkt die Ausgangsspannung Z bis zu einer Spannung, die dem Verhältnis der beiden Teilwiderstände zu der Eingangsspan­ nung entspricht, ab. Die Diode im Signalweg sorgt dafür, daß die Anordnung zur Impulserzeugung für das Ausschalten unwirksam ist.

Der Ausgang der Schaltungsanordnung zur Impulserzeu­ gung Q1 ist mit dem Ausgang des Digital/Analog-Wand­ lers D/A verbunden. Hierdurch addieren sich die Ausgangs­ spannung Z der Schaltungsanordnung zur Impulserzeugung und die Ausgangsspannung des Digital/Analog-Wandlers D/A zu einer einzigen Spannung, welche einem einstellbaren Verstärker V3 zugeführt ist. Mittels des einstellbaren Verstärkers V3 kann die HF-Ausgangsleistung P_a entspre­ chend der an den Digitaleingängen anliegenden Digitalwer­ te justiert werden. Damit können Toleranzen innerhalb der gesamten Schaltungsanordnung und insbesondere Toleranzen des Richtkopplers RK (Koppeldämpfungstoleranzen) ausge­ glichen werden.

Durch ein dem einstellbaren Verstärker V3 nachgeschalte­ tes Filter F wird sowohl beim Hochtasten wie beim Aus­ schalten des Senders ein bestimmter Kurvenverlauf einge­ halten, mit dem die Ausstrahlung von Störfrequenzen mini­ miert werden kann.

Eine Schaltungsanordnung zur Gleichspannungserzeugung Q3 erzeugt eine Offsetgleichspannung, welche sowohl dem Gleichrichter G als auch dem einstellbaren Verstärker V3 zugeführt ist. Hierdurch wird sowohl die Regelgröße X mit dem Spannungsoffset O als auch die Führungsgröße W mit dem Spannungsoffset O beaufschlagt. Bei der Bildung der Regelabweichung heben sich jedoch die wegen des invertie­ renden Verstärkers nun gegenpolig gepolten Offsetspannun­ gen wieder auf, so daß die Offsetspannung O keinen Bei­ trag zur Regelabweichung W-X liefert. Das Zuführen der Offsetspannung O auf Gleichrichter G und auf den ein­ stellbaren Verstärker V3 löst auf besonders einfache Wei­ se Null-Spannungsprobleme der in diesen Schaltungsteilen für den invertierenden Verstärker V3 und den regelbaren Verstärker V5 und eventuell für den Gleichrichter G ver­ wendeten Operationsverstärker. In vorteilhafter Weise können die verwendeten Operationsverstärker mit nur einer einzigen Versorgungsspannung betrieben werden und es ent­ fällt der Aufwand für eine zweipolige Spannungsversor­ gung.

Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Spannungsoff­ sets könnte im einfachsten Fall aus einem Spannungsteiler bestehen. Wegen der Belastung des Spannungsteilers müßte dieser jedoch niederohmig dimensioniert sein, um einen von der Belastung unabhängigen Spannungsoffset zu erzeu­ gen. Dies erhöht aber den Stromverbrauch. Im Ausführungs­ beispiel wurde daher ein hochohmig dimensionierter Span­ nungsteiler R1, R2 verwendet, dessen Ausgangsspannung ei­ nem als Impedanzwandler geschalteten Verstärker V6 zuge­ führt ist.

Im Ruhezustand des Senders, wenn das Einschaltsignal auf "Aus" liegt, liegt der steuerbare Verstärker V1 über die Stellgröße Y auf maximaler Dämpfung, so daß die Ausgangs­ leistung P_a am Sendeausgang um über 70 dB reduziert ist. Die Dynamik der Gleichrichterschaltung bestimmt den durch die Regelung kontrollierbaren Einstellbereich der Sende­ leistung. Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser kontrol­ lierbare Einstellbereich nur ca. 40 dB. Bei einer Dämp­ fung der Sendeleistung um mehr als 40 dB ist daher die von dem Gleichrichter G abgegebene Regelgröße gleich Null. Die Ausgangsleistung P_a kann somit nur im Bereich von 0 bis 40 dB geregelt werden bzw. ganz ausgeschaltet werden, was einer Dämpfung von ca. 70 dB entspricht.

Bedingt durch diese höheren Dämpfungswerte für den "Aus"-Schaltzustand der Sendeendstufe muß beim Einschalt­ vorgang der Sendeendstufe ein Bereich außerhalb der Dyna­ mik der Regelschaltung durchfahren werden. Sobald das Schaltsignal zum Einschalten der Sendeendstufe von einem Auszustand in einen Einzustand wechselt erzeugt die Schaltungsanordnung zur Impulserzeugung einen Ausgangsim­ puls, der hinter dem Filter F eine Führungsgröße W er­ zeugt, die ungefähr der kleinsten regelbaren Ausgangslei­ stung, d. h. der größten regelbaren Dämpfung (= 40 dB), der Leistungsendstufe entspricht. Durch den Schaltimpuls wird der nichtregelbare Dynamikbereich der Sendeendstufe bei gleichzeitiger Einhaltung vorgegebener Schaltzeiten besonders störleistungsarm durchfahren. Nach dem Hochlau­ fen auf diese kleinste Leistungsstufe wird der von der Anordnung zur Verzögerung erzeugte Schaltbefehl für den elektronisch steuerbaren Schalter S wirksam und die an den Digitaleingängen des Digital/Analog-Wandlers D/A vor­ gegebene Leistung übernimmt die Rolle der Führungsgröße W und regelt mit der Übertragungsfunktion des Filters F die Leistungsendstufe ausgehend von der untersten Stufe des Dynamikbereichs auf die vorgegebene Endleistung.

Mit der nun abgegebenen HF-Ausgangsleistung ist die Re­ gelschaltung innerhalb ihres regelbaren Dynamikbereiches.

Die neue Führungsgröße W wird mit der Regelgröße X ver­ glichen und die daraus gebildete Regelabweichung W-X wird dem Regelverstärker V4 zugeführt, welcher den steuerbaren Verstärker V1 entsprechend regelt, bis keine Regelabwei­ chung mehr vorhanden ist und damit die abgegebene HF-Aus­ gangsleistung P_a der Sendeendstufe dem gewünschten, an den Eingangsklemmen B, C, D vorgegebenen Sollwert ent­ spricht.

Beim "Aus"-Schaltvorgang ist die Steuerschaltung unwirk­ sam. Die Regelschaltung befindet sich innerhalb ihres Dy­ namikbereichs, da bereits HF-Ausgangsleistung abgegeben wird. Der steuerbare elektronische Schalter S wird sofort mit Wegfall der Steuerspannung am Schalteingang E geöff­ net und es liegt somit keine Führungsgröße mehr an. Mit dem durch das Filter F bestimmten Übertragungsverhalten wird die HF-Ausgangsleistung P_a bis zur unteren Grenze des Dynamikbereichs heruntergeregelt. Mit Erreichen der unteren Grenze des Dynamikbereichs wird der steuerbare Verstärker V1 über die Stellgröße Y weiter auf maximale Dämpfung eingestellt und die HF-Ausgangsleistung ist so­ mit wieder um über 70 dB reduziert.

Claims (8)

1. Mobilfunkgerät mit einem Hochfrequenzsender mit einem Regelkreis (V1, V2, RK, G, V3, V4) zur Regelung der Ausgangsleistung (P_a), dadurch gekennzeichnet, daß das Mobilfunkgerät eine Impulserzeugungseinrichtung (Q1) zur Bewirkung einer impulsförmigen Änderung der Führungsgröße (W) des Regelkreises (V1, V2, RK, G, V3, V4) beim Einschalten des Senders und eine Verzögerungseinrichtung (Q2) zur Bewirkung einer zeitverzögerten Weitergabe des jeweils vorgegebenen Soll­ wertes (B, C, D) beim Einschalten des Senders aufweist.

2. Mobilfunkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungseinrichtung (Q1) aus einem ersten (R3) und einem zweiten (R4) Teilwiderstand eines Spannungsteilers gebildet wird, wobei dem mit dem Eingang verbundenen Teilwiderstand (R3) ein Kondensator (C1) parallelgeschaltet ist und wahlweise am Eingang oder Ausgang des Spannungsteilers (R3, R4) eine Diode (D1) angeordnet ist.

3. Mobilfunkgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein schaltbarer Sollwertgeber (D/A, S) vorgesehen ist, der von der Verzöge­ rungseinrichtung (Q2) ansteuerbar ist.

4. Mobilfunkgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (Q3) zur Erzeugung eines Spannungsoffsets (O) vorgesehen ist, deren Spannungsoffset (O) sowohl einem im Regelkreis (V1, V2, RK, G, V3, V4) angeordneten Gleichrichter (G), als auch einem Regelverstärker (V5) zur Bildung der Führungsgröße (W) aus dem Sollwert (B, C, D) zugeführt wird.

5. Hochfrequenzsender mit einem Regelkreis (V1, V2, RK, G, V3, V4) zur Rege­ lung der Ausgangsleistung (P_a), dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzsender eine Impulserzeugungseinrichtung (Q1) zur Bewirkung einer impulsförmigen Änderung der Führungsgröße (W) des Regelkreises (V1, V2, RK, G, V3, V4) beim Einschalten des Senders und eine Verzögerungseinrichtung (Q2) zur Bewirkung einer zeitverzögerten Weitergabe des jeweils vorgegebenen Sollwertes (B, C, D) beim Einschalten des Senders aufweist.

6. Hochfrequenzsender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulserzeugungseinrichtung (Q1) aus einem ersten (R3) und zweiten (R4) Teilwiderstand eines Spannungsteilers gebildet wird, wobei dem mit dem Eingang verbundenen Teilwiderstand (R3) ein Kondensator (C1) parallelgeschaltet ist und wahlweise am Eingang oder Ausgang des Spannungsteilers (R3, R4) eine Diode (D1) angeordnet ist.

7. Hochfrequenzsender nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein schaltbarer Sollwertgeber (D/A, S) vorgesehen ist, der von der Verzöge­ rungseinrichtung (Q2) ansteuerbar ist.

8. Hochfrequenzsender nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (Q3) zur Erzeugung eines Spannungsoffsets (O) vorgesehen ist, deren Spannungsoffset (O) sowohl einem im Regelkreis (V1, V2, RK, G, V3, V4) angeordneten Gleichrichter (G), als auch einem Regelverstärker (V5) zur Bildung der Führungsgröße (W) aus dem Sollwert (B, C, D) zugeführt wird.