Automatische Verstärkungs-Steuereinrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine automati sche Verstärkungs-Steuereinrichtung zur Verhinderung einer Überlastung in einem Empfänger, welcher mit Mitteln zur Detektion empfangener Signale zusam menarbeitet.
Früher wurden Hochfrequenz-Empfänger mit auto matischer Verstärkungssteuerung verwendet, bei denen die Verstärkungssteuerung vom Ausgangssignal eines besonderen Detektors oder einer besonderen Decodie- rungsvorrichtung gewonnen wurde, welche mit dem Empfänger gekoppelt waren. Ein solcher Empfänger mit Decodierungsvorrichtung und automatischer Ver stärkungssteuerung gelangt in der Tacan-Bordaus- rüstung zur Verwendung und ist in der Zeitschrift Electrical Communication , Band 33, März 1956, ab Seite 62 beschrieben.
In solchen früheren Anlagen, beispielsweise in Tacan-Bordempfängern, wird die Spitzenamplitude der decodierten Signale in ein äqui valentes Gleichstromsignal umgeformt, welches an das Gitter einer Kathodenverstärkerröhre angelegt wird, zwecks Steuerung des leitenden Zustandes dieser Röhre, wobei die an der Kathode dieser Röhre auftretende Spannung den ZF-Stufen des Empfängers zugeführt wird, um diese ZF-Stufen vorzuspannen und ihre Ver stärkung zu steuern.
Beim normalen Betrieb wird eine vorübergehende Zunahme über den stationären Soll- Pegel des positiven decodierten Signals in eine Zu nahme des negativen Gleichstrompegels übergeführt, welcher an das Gitter des Kathodenverstärkers gelangt, welcher seinerseits die ZF-Stufen des Empfängers auf einen negativeren Wert vorspannt und die ZF-Verstär- kung herabsetzt und damit die Grösse des Ausgangs signals der Decodierungsvorrichtung vermindert.
Bei gewissen Verhältnissen bewirkt jedoch ein an den Emp fänger angelegtes starkes Hochfrequenzsignal nicht ein starkes Ausgangssignal der Decodierungsvorrichtung. Dieser Fall tritt dann ein, wenn beispielsweise uner- wünschte Signale an den Empfänger gelangen, welche durch die Decodierungsvorrichtung blockiert werden, oder wenn plötzlich sehr starke Tacan-Bakensignale an den Empfänger angelegt werden.
In jedem dieser Fälle ergibt sich eine plötzliche Überlastung der ZF- Stufen des Empfängers, so dass das Empfänger-Aus- gangssignal beträchtlich verzerrt wird und die Deco- dierungsvorrichtung nicht durchläuft.
Infolgedessen gelangt kein starkes Signal an das Gitter des Kathoden verstärkers der automatischen Verstärkungssteuerung, wie dies im normalen Betrieb der Fall ist, so dass die ZF-Stufen des Empfängers nach wie vor auf einen Pegel vorgespannt sind, welcher der maximalen ZF- Verstärkung entspricht, wodurch sich ein stabiler Überlastungszustand ergibt und das Ausgangssignal des Empfängers keine Wirkung auf die Verstärkungs steuerung hat, da eine dauernde Sperrung durch die Decodierungsvorrichtung wirksam ist.
Bei der in der vorerwähnten Zeitschrift beschriebe nen Tacan-Anlage wird die gesamte Information in der Form von amplitudenmodulierten Impulspaaren übertragen, wobei zwischen den Impulspaaren unter schiedliche Abstände vorhanden sind, um die verschie denen wichtigen Signale voneinander zu unterscheiden. Die Impulspaare sind insofern identisch, als jedes Im pulspaar aus zwei Impulsen besteht, deren Zeitabstand 12,us beträgt. Die mit dem Ausgang des Tacan-Bord- empfängers gekoppelte Decodierungsvorrichtung dient zur Detektion dieser Impulspaare und liefert für jedes Impulspaar einen Einzelimpuls.
Die Amplitude des Einzelimpulses ist der Amplitude der Impulse jedes Impulspaares äquivalent. Diese Decodierungsvorrich- tung spricht auf Impulsabstände, welche von 12,us verschieden sind, nicht an und ist somit auf die meisten Geräusche und andere Signale, welche nicht in der Form von Impulsen mit einem Zeitabstand von 12,us auftreten, unempfindlich. Diese Tacan-Decodierungs- vorrichtung ist ebenfalls unempfindlich auf Impuls signale, welche trotz eines Zeitabstandes von 12,us nicht genügend voneinander getrennt sind.
Infolge dessen kann eine grosse Anzahl von Signalen mit der richtigen Hochfrequenz bewirken, dass die ZF-Stufen des Tacan-Empfängers überlastet werden und in einem stabilen Überlastungszustand bleiben, da die Tacan- Decodierungsvorrichtung verhindert, dass die genann ten Signale den Kathodenverstärker der automatischen Verstärkungssteuerung steuern.
In gewissen Fällen wird eine Decodierungsverzöge- rung am Ausgang des Tacan-Empfängers zur Wirkung gekoppelt, um Impulspaare zu detektieren, bei denen der Impulsabstand von 12,us verschieden ist. In solchen Fällen können die Impulspaare mit unterschiedlichen Zeitabständen von verschiedenen Quellen mit der glei chen Hochfrequenz oder von der gleichen Quelle her rühren und Informationen enthalten, die sich nicht auf die Peilung oder die Distanzmessung beziehen.
Jedoch dient nur das Ausgangssignal, welches nur einem der Codeabstände entspricht, zur Steuerung der automati schen Verstärkungs-Steuerschaltung und damit zur Steuerung der Verstärkung des Empfängers. Während diese Steuerung für Impulspaare mit einem gewissen Abstand, welche durch die die automatische Verstär kungssteuerung steuernde Decodierungsvorrichtung decodiert werden, geeignet sein kann, ist sie unter Um ständen für Impulspaare mit anderem Zeitabstand nicht geeignet. Infolgedessen können die ZF-Stufen durch die Impulse, welche nicht decodiert werden und nicht an die automatische Verstärkungs-Steuerschal- tung gelangen, in den Zustand der Überlastung ver setzt werden.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten automatischen Ver- stärkungs-Steuereinrichtung zur Verwendung mit Emp fängern, insbesondere mit solchen mit Decodierungs- vorrichtungen oder gewissen Typen von Detektoren, und in der Schaffung von Mitteln zur Detektion eines Überlastungszustandes in einem Empfänger und in der Verwendung dieser Detektionsmittel zur Behebung dieses Überlastungszustandes.
Die automatische Verstärkungs-Steuereinrichtung gemäss der Erfindung zur Verhinderung einer Über lastung in einem Empfänger mit Mitteln zur Detektion empfangener Signale und automatischen Verstärkungs- Steuermitteln, welche auf das Ausgangssignal der De- tektionsmittel ansprechen, um die Verstärkung des Empfängers zu steuern, ist gekennzeichnet durch eine mit dem Empfänger gekoppelte weitere Detektions- vorrichtung zur Erzeugung eines Signals, welches emp fangene Signale von zu grosser Amplitude anzeigt,
und durch Mittel zur Anlegung des empfangene Signale von zu grosser Amplitude anzeigenden Signals an die automatischen Verstärkungs-Steuermittel, um eine Überlastung des Empfängers zu verhindern.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes wird das genannte Signal, welches den Empfang von Signalen mit zu grosser Amplitude an zeigt, durch Detektion von Spannungsschwankungen an den Gittern der ZF-Stufen eines Empfängers erzeugt. welche Schwankungen auftreten, wenn die genannten Gitter infolge eines Überlastungszustandes Strom füh ren, und durch Umwandlung der genannten Spannungs schwankungen in ein entsprechendes Gleichstrom signal, welches an die automatische Verstärkungs- Steuerschaltung angelegt wird, welche mit den genann ten ZF-Stufen gekoppelt ist, um die Spannung an den genannten Gittern herabzusetzen und dem Überla stungszustand zu begegnen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes wird das genannte, den Empfang von Signalen mit zu grosser Amplitude anzeigende Signal dadurch erzeugt, dass man mit dem Ausgang des Empfängers Schwellendetektionsmittel koppelt, um Signale mit zu grosser Amplitude zu detektieren und einen diesen Signalen entsprechenden Gleich strompegel zu erzeugen, und dass man Mittel vorsieht, welche durch den genannten Gleichstrompegel ge steuert werden, um die empfangenen Signale an die Verstärkungssteuerung des Empfängers anzulegen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Er findungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt: die Fig. 1 ein teilweise in Blockform gehaltenes Schema eines Empfängers einer Decodierungsvorrich- tung und einer verbesserten automatischen Verstär- kungs-Steuerschaltung; die Fig. 2 eine Anzahl von Wellenformen zur Er läuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1; und die Fig. 3 ein teilweise in Blockform dargestelltes Schema eines Empfängers, welcher mindestens eine Decodierungsvorrichtung speist, mit welcher eine ver besserte automatische Verstärkungs-Steuerschaltung gekoppelt ist.
In der Schaltung nach Fig. 1 ist eine Antenne 1 vor handen, welche einen Empfänger 2 speist, welcher beispielsweise aus einem Hochfrequenz-Verstärker 3 bestehen kann, welcher einen Mischer 4 speist, welcher Mischer ausserdem von einem Lokaloszillator 5 ge speist wird, wobei die im Mischer entstehende Zwi schenfrequenz in den Stufen eines ZF-Verstärkers 6 verstärkt wird und dann an einen Detektor 7 gelangt. Das Ausgangssignal des Detektors 7, welches aus Im pulsen besteht, wie sie beispielsweise im Diagramm A der Fig. 2 gezeigt sind, gelangt an eine Decodierungs- vorrichtung B.
Diese besteht im vorliegenden Fall aus einem Impulsformer 9, welcher das Ausgangssignal des Detektors 7 differenziert und ein Signal gemäss dem Diagramm B der Fig. 2 erzeugt. Das Ausgangssignal des Impulsformers 9 gelangt an ein Koinzidenztor 11, welches nur auf positive Impulse anspricht. Das Aus gangssignal des Impulsformers 9 gelangt ausserdem an die Verzögerungsleitung 10, in welcher das Signal um eine Zeit At verzögert wird, wobei in einem Fall einer Tacan-Anlage 4t den Wert von 12,us aufweist.
Wenn im Koinzidenztor 11 eine Koinzidenz zwischen den direkt vom Impulsformer 9 ankommenden und den über die Verzögerungsleitung 10 ankommenden Im pulsen eintritt, erzeugt das Tor einen Ausgangsimpuls, dessen Amplitude derjenigen des Impulses vom Impuls former 9 äquivalent ist. Infolgedessen liefert die Deco- dierungsvorrichtung 8 ein Ausgangssignal gemäss dem Diagramm C der Fig. 2. Dieses Ausgangssignal gelangt an eine Verstärker- und Schwellenschaltung 12, deren Ausgangssignal an das Tiefpassfilter 13 gelangt.
Das Ausgangssignal des Filters 13 ist ein Gleichstromsignal mit einer Amplitude, welche für die maximale Ampli tude der Impulse der Decodierungsvorrichtung 8 re präsentativ ist. Wenn dieses Gleichstromsignal an das Gitter der Kathodenverstärkerröhre 14 einer automa tischen Verstärkungs-Steuerschaltung 15 gelangt, wird die Kathode der Röhre 14 in negativer Richtung ver schoben, und die Stufen des ZF-Verstärkers 6 werden negativer vorgespannt, so dass die Amplitude der Im pulse des Detektors 7 vermindert wird.
Ein Schwellen wert, welcher einstellbar ist durch die an die Schaltung 12 angelegte Vorspannung, bestimmt den Nominal wert der Spitzenspannung des Detektorausgangs. Die Zeitkonstante der Schaltung 15 ist hauptsächlich fest gelegt durch die Werte der Bauteile des Filters 13. Diese Zeitkonstante wird vorzugsweise gross gewählt, so dass sie den Informationsinhalt der Folge von Impulspaaren nicht stört.
Wenn ein starkes Hochfrequenzsignal durch die Antenne 1 aufgenommen, durch den Verstärker 3 ver stärkt, gemischt und an das Gitter der ersten Stufe des ZF-Verstärkers 6 angelegt wird, werden die ZF-Stufen in den Zustand der Überlastung versetzt. Somit nimmt das Ausgangssignal des Detektors 7 die Wellenform gemäss Diagramm D der Fig. 2 an, im Gegensatz zu Wellenform<I>A</I>der Fig. 2, und wenn diese Wellenform<I>D</I> durch den Impulsformer 9 differenziert wird, ergibt sich ein Signal gemäss der im Diagramm E dargestellten Wellenform, welches an die Verzögerungsleitung 10 und an das Koinzidenztor 11 gelangt.
Da auf die posi tiven Impulse der Welle E, welche mit 18 und 19 be zeichnet sind, nicht je ein genügend grosser positiver Impuls im Zeitabstand At folgt, erzeugt die Decodie- rungsvorrichtung 8 nur ein kleines oder gar kein Aus gangssignal, so dass das Ausgangssignal der Schaltung 15 positiver wird und den Überlastungszustand in den Stufen des ZF-Verstärkers 6 noch verschlimmert, so dass sich ein stabiler Überlastungszustand einstellt.
Um dieser Tatsache zu begegnen, ist eine Clamping-Schal- tung 20 mit den Gitterkreisen der Stufen des ZF-Ver- stärkers 6 gekoppelt und dient dazu, Änderungen im Pegel der Gleichspannung zu detektieren, welche an der genannten Verstärkerstufe auftritt. Im überlasteten Zustand führen die Stufen des ZF-Verstärkers Gitter strom, und zwar jedesmal dann, wenn ein Informa- tionssignalimpuls von der im Diagramm Ader Fig. 2 gezeigten Art oder ein anderes Signal genügender Amplitude den Gittern dieser Stufe aufgedrückt wird.
Das Diagramm F der Fig. 2 zeigt eine Wellenform, welche die Änderungen der Gittervorspannung an die sen Stufen in Abhängigkeit von Informationssignalen von der im Diagramm A gezeigten Art darstellt. Wenn diese Schwankungen auftreten, wird das Ausgangs signal des Kreises 20 dem Eingangswiderstand 21 des Verstärkers 22 aufgedrückt und weist die im Diagramm G der Fig. 2 dargestellte Wellenform auf. Der Verstär ker 22 ist so gestaltet, dass er auf dem negativen Span nungspegel 23 der Wellenform G arbeitet und dabei ein Ausgangssignal gemäss dem Diagramm H der Fig. 2 erzeugt.
Dieses Ausgangssignal (H) des Verstärkers 22 gelangt an den Clamping-Kreis 24, welcher aus dem Kondensator 25, der Diode 26 und den Widerständen 27 und 28 besteht. Der Kreis 24 weist für zunehmende Spannungsschwankungen im Ausgang des Verstärkers 22 eine verhältnismässig kurze Zeitkonstante auf und für abnehmende Spannungsschwankungen im Aus gang des genannten Verstärkers eine relativ lange Zeit konstante auf. Infolgedessen ergibt das am Widerstand 28 auftretende Ausgangssignal des Kreises 24 einen negativen Gleichstromsignalpegel, wie er durch die Wellenform K der Fig. 2 dargestellt wird, welcher nur kurze Spitzen über den Erdpegel 29 aufweist, welcher im Diagramm K ebenfalls eingezeichnet ist.
Dieses Ausgangssignal des Kreises 24 kann direkt an das Git ter der Kathodenverstärkerröhre 14 angelegt werden, und dies ist der Fall, wenn der Schaltarm 30 auf dem Kontakt 30a liegt, wodurch der Spannungsausgangs- pegel dieser Röhre, welche die Stufen des ZF-Verstär- kers 6 vorspannt, abnimmt, wodurch dem Überla stungszustand entgegengewirkt wird.
In dem Falle, wo ein Störsignal vorhanden ist, welches eine dauernde Überlastung der ZF-Stufen des Empfängers 2 bewirkt, wird eine entsprechende Dauer gleichspannung am Ausgang des Kreises 24 erzeugt. Um diesen Dauerstand zu verhindern, ist ein Kopp lungskondensator 31 vorhanden, um den Kreis 24 mit dem Gitter der Röhre 14 zu koppeln, wenn der Schalt arm 30 sich auf dem Kontakt 30b befindet.
Die Fig. 3 zeigt nun ein anderes Verfahren zur Steuerung der Verstärkung der Stufen des ZF-Ver- stärkers 6, um eine Überlastung dieser Stufen zu ver hindern. Bei der Schaltung nach Fig. 3 empfängt die Antenne 1 Hochfrequenzsignale und legt diese an einen Empfänger 2 an, und das Ausgangssignal des Emp fängers 2 wird in der Decodierungsvorrichtung 8 de codiert. Die Vorrichtung 8 gibt Impulse an den Schwel lenverstärker 32 ab, welcher aus einer Röhre 33 be steht, deren Gitterspannungspegel durch die Ladung eines Kondensators 34 gesteuert wird.
Dieser Konden sator 34 ist vorzugsweise gross, so dass durch sein Zu sammenwirken mit dem Vorspannwiderstand 35 im Verstärker 32 eine Zeitkonstante entsteht, die minde stens so gross ist wie die Zeitkonstante des automati schen Verstärkungs-Steuerkreises 15. Wenn der Kon densator 34 somit geladen ist, erhöht er die Spannung am Gitter des Verstärkers 32, dessen Ausgangssignal dann für einen gegebenen Signalpegel der Decodie- rungsvorrichtung 8 zunimmt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 gelangt an eine Verstärker- und Schwel lenschaltung 12, welche ein Gleichstromsignal erzeugt, welches im Filter 13 gesiebt und an den Kreis 15 ange legt wird.
Wenn die Spannung am Gitter des Verstär- kern 32 in der beschriebenen Weise zunimmt, werden die ZF-Stufen des Empfängers 2 mehr vorgespannt, als wenn nur das Ausgangssignal der Decodierungs- vorrichtung 8 vorhanden wäre. Infolgedessen hat ein erhöhter Ausgangspegel des Empfängers 2 zur Folge, dass der Ausgangspegel des Kreises 15 negativer und im Grenzfall genügend gross wird, um die ZF-Verstär- kung auf einen sehr geringen Wert zu erniedrigen, wo durch eine Impulsverzerrung durch ZF-Überlastung verhindert wird.
Um den Kondensator 34 zu laden, wenn die von der Antenne 1 an den Empfänger 2 angelegten Impuls signale sehr gross sind, ist der Kreis 36 und der Katho denverstärker 37 vorgesehen. Der Zweck des Kreises 36 besteht darin, ein Gleichstromsignal zu erzeugen, welches für die Amplitude der detektierten Impulse im Ausgang des Empfängers 2 repräsentativ ist. Zu diesem Zweck wird das detektierte Ausgangssignal des Emp fängers 2 an das Steuergitter der Röhre 38 angelegt. Dieses Gitter ist durch eine negative Gleichspannungs- quelle über den Vorspann-Spannungsteiler 39 in den Sperrzustand vorgespannt.
Die negative Gleichvor- spannung ist so bemessen, dass die Röhre 38 nur dann leitet, wenn Impulse mit mindestens einer vorgegebe nen Amplitude am Ausgang des Empfängers 2 auftre ten. Infolgedessen besteht das Wechselstromausgangs- signal der Röhre 38 aus einem negativen Impuls, und zwar jedesmal dann, wenn die Röhre leitet, wobei jeder negative Impuls ein Ausgangsimpuls des Empfängers 2 von mindestens einer vorgegebenen Amplitude dar stellt.
Diese negativen Impulse gelangen an eine Clam- ping-Schaltung 40, wodurch ein positives Gleich stromsignal entsteht, welches während der Intervalle der genannten negativen Impulse kurze Ausschläge gegen Erde aufweist. Dieses vom Kreis 40 herrührende positive Gleichstromsignal wird im Filter 41 gesiebt, wodurch die kurzzeitigen negativen Ausschläge unter drückt werden und ein verhältnismässig kontinuierliches Gleichstromausgangssignal entsteht. Das Gleich stromausgangssignal des Filters 41 gelangt an das Git ter der Kathodenverstärkerröhre 42, deren Kathode über eine Diode mit einem Widerstand 43 gekoppelt ist, wobei die am Widerstand 43 auftretende Spannung dazu dient, den Kondensator 34 aufzuladen.
Wenn im Betrieb die Ausgangsimpulse des Emp fängers 2 einen vorgegebenen Pegel übersteigen, leitet die Röhre 38, und durch die Wirkung der Kreise 40 und 41 wird ein Gleichstromsignal an das Gitter der Kathodenverstärkerröhre 42 angelegt, wodurch in dieser ein grösserer Anodenstrom fliesst, so dass die Spannung am Widerstand 43 zunimmt, und diese Spannungserhöhung erhöht die Ladung auf dem Kon densator 34. Wenn die Ladung auf dem Kondensator 34 zunimmt, nimmt der Vorspannungspegel des Gitters des Verstärkers 32 ab, und der automatische Verstär- kungs-Steuerkreis 15 bewirkt eine Verringerung des ZF-Pegels.
Selbstverständlich könnten andere Arten von De codierungsvorrichtungen oder besondere Detektoren in Verbindung mit einem Empfänger verwendet wer- den, wodurch sich die gleiche Art von Überlastungs zustand in den Verstärkerstufen des ZF-Verstärkers des Empfängers ergeben würde, welcher Zustand Span nungsabfälle auf der zum ZF-Verstärker führenden automatischen Verstärkungs-Steuerleitung ergeben, welche das Vorhandensein eines Überlastungszustandes anzeigen.
Es ist ebenfalls klar, dass das in der Fig. 1 dargestellte und vorstehend beschriebene System zur Detektion solcher Spannungsabfälle in der automati schen Verstärkungs-Steuerleitung und die Umwand lung dieser Spannungsabfälle in einen äquivalenten Gleichstromspannungspegel, um der automatischen Verstärkungs-Steuerspannung entgegenzuwirken, in anderen Systemen verwendet werden könnte, welche eine unterschiedliche Art von Decodierungsvorrich- tungen oder Detektoren zwischen dem Empfänger und dem automatischen Verstärkungskreis verwenden.