DE1001731B - Schaltungsanordnung zur selbsttaetigen Impedanzanpassung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Impedanzanpassung, wie säe bei Anlagen mit sogenannter Selbstabstimmung von HochfrequenzgeneratO'ren zur Anpassung an den zugehörigen Belastungswiderstand, beispielsweise eine Antenne, verwendet werden.

Das Wesen der Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen genauer erläutert, von, denen

Fig. 1 das Blockschaltbild einer bekannten Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Impedanzanpassung darstellt;

Fig. 2 ist «ine Kurvendarstellung und dient zur Erläuterung eines Nachteiles der bekannten Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist ein wesentlich vereinfachtes Blockschaltbildeiner Schaltungsanordnungnach der Erfindung, und

Fig. 4 stellt die Anordnung nach Fig. 3 mit ihren Einzelheiten dar.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sei ein im Schaltbild nicht dargestellter Hochfrequenzgenerator an die Klemmen 1 angeschlossen. Der Generatorausgang ist mit dem durch den Widerstand R_a dargestellten Verbraucher, im allgemeinen mit einer Antenne, über ein Anpassungsnetz mit einstellbaren Impedanzen verbunden, welches im Falle der Fig. 1 jz-Form besitzt und die veränderbare Serieninduktivität L_s sowie die veränderbare Parallelinduktivität L₁, enthält. Die Induktivität L₅ wird so eingestellt, daß sich Resonanz ergibt, und die Parallelinduktivität L₁, wird so eingestellt, daß sich Impedanzanpassung für einen vorbestimmten Wert des Verbraucherwiderstandes, beispielsweise für 50 Ohm als einen in der Praxis häufig vorkommenden Wert, ergibt. Beide Induktivitäten werden selbsttätig eingestellt durch je einen zugehörigen Einstellmotor MA bzw. MB. Der Abstimmotor MA wird durch einen Phasendiskriminator A gesteuert, und der Anpassungsmotor MB erhält seine Steuerung von einem Impedanzkomparator B. Der Phasendiskriminator A vergleicht die Phasenlage an seinem Eingang mit der Phasenlage an seinein Ausgang, und wenn die relative Phasenlage nicht derjenigen entspricht, die sich für dieEinstellung des nachfolgenden Netzes auf Resonanz ergibt, liefert er an seinen Ausgangsklemmen einen Gleichstrom, der der Abweichung der jeweiligen Abstimmung vom Resonanzfall entspricht und den Abstimmotor MA in derjenigen Richtung in Bewegung setzt, in welcher die Resonanzbedingung wieder hergestellt wird. In ähnlicher Weise vergleicht der Impedanzkomparator B die an seinem Eingang und Ausgang erscheinenden Impedanzen und liefert einen Steuergleichstrom für den Antrieb des Anpassungsmotors MB zur Einstellung v: d Aufreohterhaltung der für die Anpassung geeigneten Impedanzverhältnisse.

Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Impedanzanpassung

Anmelder:

Marconi's Wireless Telegraph
Company Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 18. November 1954 und. 5. August 1955

Thomas Theodore Brown, Epping, Essex

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Diese bekannte Schaltungsanordnung besitzt einen Nachteil, der unter Bezugnahme auf Fig. 2 nachfolgend erläutert wird. Es ergibt sich nämlich eine Schwierigkeit auf Grund der Tatsache, daß alle zur Impedanzanpassung geeigneten Netze mehr als eine Resonanzstelle aufweisen; demgemäß ergeben sich für jede vom Sender erzeugte Schwingungsfrequenz zwei Werte für die Einstellung der Induktivität L₅, bei denen Resonanz besteht. Die richtige Impedanzanpassung ergibt sich jedoch nur bei einem dieser beiden Werte, während der andere Wert eine unzulässige Überlastung des Generators zur Folge hat. Die Lage dieser beiden Resonanzstellen ist in Fig. 2 gezeigt, welche ein Ortsdiagramm für den Eingangsblindleitwert des Impedanznetzes in Abhängigkeit von Veränderungen des Wertes der Induktivität L_s über den vollständigen Einstellbereich von L_sl bis L_si darstellt. In Fig. 2 ist das Verhältnis des Verbraucherwirkwiderstandes R_a zum Eingangsblindwiderstand X_L (Blindwiderstandskomponente an den Klemmen 1) aufgetragen über dem Verhältnis des Verbraucher-Wirkwiderstandes R_a zum Realteil des Eingangswiderstandes R_L (reelle Impedanzkomponente an den. Klemmen 1) für einige ausgewählte Werte der Induktivität L_s. Der geometrische Ort der bei geänderter Einstellung durchlaufenen Punkte ist ein Kreis, und die

der Resonanzbedingung entsprechenden Werte von L_s ergeben sich bei den Punkten L_S2und L₅₃, wo der Kreis die Achse R_ajR_L schneidet. Diese Punkte geben auch die beiden entsprechenden Werte des Eingangsblindiwiderstandes an. Der normalerweise verwendete Punkt ist

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der linke, mit L₅₂ bezeichnete; der rechts befindliche Punkt L₅₃ entspricht einer Überlastungseinstellung, wobei der Q-Wert des Kreises kleiner als Eins ist. Für einen beliebigen Wert von L₅ wird die am Impedanzkomparator B erscheinende Impedanz durch den Vektor R_a/Z_L dargestellt, wobei Z₁ die Impedanz an ■den Klemmen 1 ist. Der für den Phasendiskriminator A in Erscheinung tretende Phasenwinkel ergibt sich als der in Fig. 2 bezeichnete Winkel Θ. In Fig. 2 ist der

nente des Antennenwiderstandes von 10 Ohm die Eingangsimpedanz sich von i?_a/0,5 = 20 Ohm bis R_a/1,2 = 8,4 Ohm ändert, welche beiden Werte wesentlich unterhalb der gewünschten 50-Ohm-Belastung 5 liegen. Wenn nun die Anordnung so· getroffen werden könnte, daß, solange die Eingangsimpedanz unterhalb eines vorbestimmten Wertes, z. B. 45 Ohm, liegt, bei welchem der Einstellvorgang sich innerhalb des erwähnten Umkehrbereiches abspielt, die vom Phasen-

Betrag von X_Lv gleich der Blindwiderstandskompo- io diskriminator bestimmte Antriebsrichtung des Ab-

nente der Induktivität L_n. stimmotors umgekehrt würde, so würde der genannte

Es sei angenommen, daß der Abstimmotor MA sich Motor in solcher Richtung angetrieben, daß er die

in Bewegung befindet und die Impedanz L₅ von dem Abstimmung aus dem Umkehrbereich in den Bereich

Wert L₅₁ über L_s2 und L₅₃ bis L₅₄ verändert. Von zurückführte, in welchem die geeignete Resonanzstelle

L₅₁ bis L₅₂ ist der von dem Phasendiskriminator A 15 liegt. Wenn dann die Eingangsimpedanz über den vor

festgestellte Phasenwinkel nacheilend. Bei L₅₂, entsprechend der gewünschten Resonanzeinstellung, ist der Phasenwinkel Null. Von L₅₂ bis L₅₃ ist der Phasenwinkel voreilend. Bei L₈₃ ist er wieder Null

bestimmten Wert anstiege, müßte der Phasendiskriminator wieder allein die Antriebsricbtung des Motors, wie in der üblichen Anordnung, bestimmen.

In einer Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Im-

entsprechend der unerwünschten Resonanzstelle, und 20 ρedanzanpassung mit wenigstens zwei einstellbaren von L₅₃ bis L₅₄ ist er wiederum nacheilend. Wenn Elementen, von denen eines zur Einstellung der Abnun die Steuerung für den Motor MA derartig wirkt, Stimmung, das andere zur Einstellung der Anpassung daß sie den Wert der Induktivität L₅ bei nacheilender dient, mit einem Phasendiskriminator, von welchem Phase am Diskriminator verkleinert, so läuft der Ab- eine Steuerung der Abstimmittel in Abhängigkeit von stimmotor MA in falscher Richtung, sobald die Ein- 25 Abweichungen von der Resonanzbedingung und in der stellung einen Arbeitspunkt zwischen L₅₃ und L₅₄ er- Richtung zur Wiederherstellung der Resonanz bereicht. Dort wird dann beispielsweise die Induktivi- wirkt wird, und mit einem Impedanzkomparator, von tat L₅ vergrößert, anstatt daß sie, wie es notwendig welchem eine Steuerung der Anpassungsmittel in Abwäre, verringert wird. Die selbsttätige Steuerung hängigkeit von Abweichungen vom Zustand der Anwird dann gänzlich unwirksam. Es ist nicht möglich, 30 passung und in der Richtung zur Wiederherstellung diese Schwierigkeit durch eine mechanische Begren- der Anpassungsbedingung bewirkt wird, soll zur Erzung des Einstellbereiches der Induktivität L₅ zu be- zielung der vorerwähnten Wirkungsweise erfindungsseitigen, weil die Punkte L₅₂ und L₅₃ an beliebigen gemäß ein weiterer Impedanzkomparator vorgesehen Stellen auf der Länge der Spule liegen können. Ihre sein, welcher eine Steuerung in Abhängigkeit von dem Lage ist nämlich sowohl von der Frequenz als auch 35 Kriterium ausübt, daß die Eingangsimpedanz einen der Belastung abhängig. Außerdem können die Punkte vorbestimmten Wert unterschreitet, der wesentlich ge-L₅₂ und L₅₃ räumlich sehr nahe beieinanderliegen, ringer ist als der für den Anpassungszustand sich erbeispielsweise oft nur eine oder zwei Windungen von- gebende Wert, und es soll in diesem Falle die Wireinander entfernt, wenn man für L₅ in gebräuchlicher kungsrichtung der von dem Phasendiskriminator kon-Weise eine Spule von 20 Windungen verwendet. Daher 40 trollierten Abistimmeinrichtung durch die genannte, kann leicht die mechanische Trägheit des Motors MA von dem weiteren Impedanzkomparator ausgeübte dazu Veranlassung geben, daß die Einstellung über Steuerung umgekehrt werden.

den gewünschten Einstellpunkt hinaus in den Bereich Fig. 3 ist ein wesentlich vereinfachtes Blockschalt-

zwischen L₅₃ und L₅₄ gerät. Die Erfindung stellt sich bild in der gleichen Darstellungsweise wie das Blockdie Aufgabe, die angegebene Schwierigkeit, daß die 45 schaltbild der Fig. 1, jedoch stellt diese Fig. 3 eine Einrichtung sich auf unerwünschte Arbeitspunkte ein- Schaltungsanordnung entsprechend der Erfindung dar. stellen kann, zu überwinden. Die Induktivitäten L₅ und L₁, werden durch die Moto-

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß das ren MA und MB wie in der Anordnung nach Fig. 1 Anpassungsnetz eine Eigenschaft besitzt, welche zur eingestellt, und diese Motoren werden auch in der Lösung dieser Aufgabe benutzt werden kann und die 5° gleichen Weise durch den Phasendiskriminator A und unter Bezugnahme auf die Kurvendarstellung nach den Impedanzkomparator B gesteuert. Außer diesen Fig. 2 erläutert wird. Diese Eigenschaft besteht darin, Einrichtungen ist ein zusätzlicher Impedanzkompadaß, solange der Wert von L₅ eine Einstellung inner- rator C vorgesehen, dessen Ausgangsstrom, erforderhalb eines bestimmten Bereiches ergibt, der als »Um- lichenfalls nach Verstärkung in dem Gleichstromverkehrbereich« bezeichnet sei (dies ist in Fig. 2 der Be- 55 stärker D, das Relais E betätigt, durch dessen Konreich innerhalb des Sektors RR des Kreises zwischen takte eine Umkehrung der Drehrichtung des Motors den Radien RR₁ und RR₂), der Vektor R_a\Z_L über MA in bezug auf die im anderen Falle durch den dem Wert 0,5 liegt und die Eingangsimpedanz dabei Phasendiskriminator A bestimmte Drehrichtung herimmer wesentlich kleiner ist als der bei der richtigen vorgebracht werden kann. Der Impedanzkomparator C Belastung erforderliche Wert, der beispielsweise 60 ist so eingestellt, daß bei einem Wert der Eingangs-50 Ohm betragen soll. Die Werte der Wirkwider- impedanz unterhalb eines vorbestimmten Wertes, d. h. Standskomponente des Antennenwiderstandes, die wenn die Eingangsimpedanz einem Wert bei einer durch das Netz an den Generator angepaßt werden Einstellung innerhalb des Umkehrbereiches entspricht, sollen, müssen unter Vs Ri, d. h. im Falle des gewähl- das Relais E erregt wird und dadurch auf die Drehten Zahlenbeispiefe unter 25 Ohm liegen. Wenn sie 65 richtung des Motors MA eine der Steuerung der Begrößer sind, können sie durch Parallelschalten einer wegungsrichtung durch den Phasendiskriminator A Kapazität herabgesetzt werden. Es sei nun beispiels- übergeordnete Steuerung ausübt. Infolgedessen stellt weise angenommen, daß der Änderungsbereich des nun der Motor die Induktivität L₅ derartig ein, daß Vektors R_ajZ_L innerhalb des Umkehrbereiches zwi- die Anordnung auf eine Einstellung innerhalb des norschen 0,5 und 1,2 liegt, so daß bei einer Wirkkompo- 7° malen Regelbereiches zurückgebracht wird, worauf die

Erregung des Relais E aufhört und der Phasendiskriminator A seine Aufgabe wieder in der normalen Weise ausübt.

Fig. 4 zeigt die Anordnung der Fig. 3 mit mehr Einzelheiten. In Fig. 4 ist der Verbraucher als eine Antenne RA dargestellt, und die beiden Impedanzkomparatoren C und B der Fig. 3 sind innerhalb der entsprechend bezeichneten unterbrochenen Linien dargestellt. Solche Komparatoren sind an sich bekannt und bedürfen hierin keiner besonderen Beschreibung. Die Ausgangsspannung des Pbasendiskriminators A wird über die Leitung- AO dem Eingang des Gleichstromverstärkers mit den Röhren 1, 2, 3 und 4 zugeführt. In Abhängigkeit von der Größe der Ausgangsspannung des Phasendiskriminators A werden die an den Ausgang des erwähnten Gleichstromverstärkers angeschlossenen Relais 5 und 6 erregt, d. h. also in Abhängigkeit davon, ob sich, auf Grund der jeweiligen Abstimmungseinstellung am Phasendiskriminator eine nacheilende oder eine voreilende Phase ergibt. Die Relais 5, 6 wirken als Umkehrrelais für den Motor MA, indem sie die Polarität seiner Stromquelle in einer aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlichen Weise umkehren. Der Gleichstromverstärker arbeitet so, daß nicht Relais 5 und Relais 6 gleichzeitig abgefallen sein können. Man erkennt, daß der Stromkreis für den Motor MA einen Kontakt des Relais E enthält, und daß in der einen Stellung des Relais E das Abfallen des Relais 5 eine Drehung des Motors in der einen Richtung hervorruft, während in der anderen Stellung des Relais E trotz des Abfallens des Relais 5 eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung hervorgerufen wird. Die Wirkung des Relais E ist also der durch die Relais 5 und 6 ausgeübten Richtungssteuerung übergeordnet. Das Relais E wird in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des zusätzlichen Impedanzkomparators C in Tätigkeit gesetzt, welche diesem über die Leitung CO entnommen und in einem Gleichstromverstärker D mit den Röhren 7 und 8 verstärkt wird. Der Impedanzkomparator C ist derartig eingestellt, daß bei einem Wert der Eingangsimpedanz unter einem vorbestimmten Minimalwert, bei dessen Unterschreitung die Einstellung in den Umkehrbereich eintritt, der Motor in einer solchen Richtung angetrieben wird, daß die Induktivität L_s auf einen Wert eingestellt wird, der die Eingangsimpedanz wieder auf einen Wert über dem genannten Minimalwert einstellt. Der Impedanzkomparator B bewirkt die Steuerung der Induktivität L_n mit Hilfe des Motors MB in einer an sich bekannten Weise. Die Ausgangsspannung dieses Impedanzkomparators B wird über die Leitung BO abgenommen und nach Verstärkung in den Gleichstromverstärkern mit den Röhren 9, 10, 11 und 12 dazu benutzt, das eine oder das andere der beiden Relais 13, 14 in Tätigkeit zu setzen, welche die Stromquelle des Motors MB umpolen.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Impedanzanpassung mit wenigstens zwei einstellbaren Elementen, von denen eines zur Einstellung der Abstimmung, das andere zur Einstellung der Anpassung dient, mit einem Phasendiskriminator, von welchem eine Steuerung der Abstimmittel in Abhängigkeit von Abweichungen von der Resonanzbedingung und in der Richtung zur Wiederherstellung der Resonanz bewirkt wird, und mit einem Impedanzkomparator, von welchem eine Steuerung der Anpassungsmittel in Abhängigkeit von Abweichungen vom Zustand der Anpassung und in der Richtung zur Wiederherstellung der Anpassungsbedingung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Impedanzkomparator (C) vorgesehen ist, welcher eine Steuerung in Abhängigkeit von dem Kriterium ausübt, daß die Eingangsimpedanz einen vorbestimmten Wert unterschreitet, der wesentlidi geringer ist als der für den Anpassungszustand sich ergebende Wert, und daß in diesem Falle die Steuerung der Abstimmeinrichtung (MA) nicht durch den Phasendiskriminator (A), sondern durch den weiteren Impedanzkomparator (C) erfolgt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Einstellung der Abstimmung dienende Impedanzelement (L_s) in Reihenschaltung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Verbraucher (R_a) angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator (A) in Reihenschaltung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Verbraucher (R₁₁) angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendiskriminator (A) auf die Phasendifferenz zwischen seinem Eingang und Ausgang anspricht und eine entsprechende Regelgröße zur Steuerung eines Motors (MA) für die Einstellung des zur Abstimmung dienenden Impedanzelementes (L_s) abgibt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Einstellung der Anpassung dienende Impedanzelement (L_p) zwischen den vom Hochfrequenzgenerator zum Verbraucher (R_a) führenden Leitungen in einem Querzweig angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Einstellung der Anpassung dienenden Impedanzkomparatoren (B, C) in Reihenschaltung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Verbraucher (R_a) angeordnet sind.

7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Impedanzkomparator (5) auf das Verhältnis der an seinem Eingang und Ausgang erscheinenden Impedanzen anspricht und eine entsprechende Regelgröße zur Steuerung eines Motors (MB) für die Einstellung des zur Anpassung dienenden Impedanzelementes (Lp) abgibt.

8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Impedanzkomparator (C) in der Reihenschaltung zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Verbraucher (R₀) vom Generator aus vor dem ersten Impedanzkomparator (B) und dem Pbasendiskriminator (A) eingeschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsrichtung des Abstimmotors (MA) durch die von dem zweiten Impedanzkomparator (C) ausgeübte Steuerung umkehrbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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