DE102009009724B4

DE102009009724B4 - Verfahren zur Überwachung eines Ausgangssignals einer HF-Verstärkerschaltung

Info

Publication number: DE102009009724B4
Application number: DE102009009724.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kinzler
Original assignee: Airbus DS Electronics and Border Security GmbH
Current assignee: Hensoldt Sensors GmbH
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: DE102009009724A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Ausgangssignals einer HF-Verstärkerschaltung, wobei die Verstärkerschaltung einen dem Ausgang zugewiesenen Ausgangsverstärker umfasst, wobei die Stromaufnahme des Ausgangsverstärkers gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Low-Signal ausgegeben wird, wenn der von dem Ausgangsverstärker aufgenommene Strom außerhalb eines vorgegebenen Soll-Wertebereichs liegt und dass ein High-Signal ausgegeben wird, wenn der von dem Ausgangsverstärker aufgenommene Strom innerhalb eines vorgegebenen Soll-Wertebereichs liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Ausgangssignals einer HF-Verstärkerschaltung gemäß dem Oberbegriff des geltenden Patentanspruchs 1.
Bei Entwurf und Konzeption von modernen Radarsystem-Konzepten finden im Rahmen der Umsetzung von detaillierten Qualitätssicherungsmaßnahmen und Anforderungen an das integrierte Logistikkonzept (ILS) bei der Entwicklung der einzelnen System-Baugruppen vermehrt Aspekte bzgl. Anforderungen an eine spätere vereinfachte Prüfbarkeit bzw. Austauschbarkeit der im System eingesetzten Line-Replaceable-Units (LRUs) und/oder Shop-Replaceable-Units (SRUs) Einzug.
Verfahren zur Überwachung eines Ausgangssignals von HF-Verstärkerschaltungen sind z. B. aus DE 37 42 270 C1 und DE 100 05 440 A1 bekannt. Aus DE 10 2005 046 724 A1 ist eine Schaltung zum Erfassung des elektrischen Leistungsverbrauchs eines Verstärkers bekannt, wobei proportional zum Leistungsverbrauch ein Spannnungssignal erzeugt wird.
Im Rahmen dieser Anforderungen werden solche Systeme oft mit einer Vielzahl von so genannten Build-In-Test(BITE)-Funktionen ausgestattet, die es dem Wartungspersonal bzw. dem späteren System-Nutzer und Anwender ermöglichen sollen, im Fehlerfall eine möglichst einfache Fehler-Diagnostik und Fehlerzuweisung durchführen zu können. Dadurch sollen aufgetretene Fehler bis auf LRU- bzw. SRU-Ebene eingegrenzt werden können. Ferner soll durch eine Austauschbarkeit der besagten Baugruppe die weitere Funktion des Systems sichergestellt werden können. Die dabei bis auf SRU-Ebene lokalisierten Fehler, sollen es dann dem Wartungspersonal und/oder dem Hersteller ermöglichen, den Fehler durch die bei der Fehlerdiagnose erhaltenen detaillierten BITE-Informationen auch innerhalb der SRU möglichst einfach und unkompliziert lokalisieren und beseitigen zu können.
Es werden dazu im Rahmen der Entwicklung von Hochfrequenz-Baugruppen und Mikrowellen-Modulen in Frequenzbereichen, welche vom C-Band, X-Band, bis in das Ku- bzw. Ka-Band reichen, häufig Realisierungsformen von BITE-Informationen implementiert, bei denen z. B. eine Abfrage der aktuellen Ausgangsleistungen bzw. Signalverfügbarkeit an den jeweiligen HF-Ausgangsports detektiert bzw. abgefragt werden können, um so sicherzustellen, dass die weiteren LRUs/SRUs, welche Schnittstellen zu diesen Baugruppen bilden, eindeutig bei der Fehlerdiagnose von der betroffenen SRU abgegrenzt werden können.
1 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer derzeit üblichen Implementierungsform dieses BITE-Konzepts zur Signal-Überwachung an den HF-Ausgangsports 1, 2 einer Verstärkerschaltung, bei welcher ein Eingangssignal E mittels eines Leistungsteiler 5 auf zwei Ausgangspfade verteilt wird. Das zu detektierende oder zu überwachende HF-Ausgangssignal wird vor der Übergabe an die eigentlichen Schnittstellen-Ports (z. B. SMA-Steckern) 6 und nach der Verstärkung durch die HF-Ausgangsverstärker 7 mit Hilfe eines Directional-Couplers 3 aus dem Signalpfad (mit entsprechender Richtdämpfung) ausgekoppelt, und anschließend einem Leistungs-Detektor 4 einer Überwachungsschaltung S zur Auswertung zugeführt. Das Ergebnis der Leistungs-Detektion im Leistungs-Detektor 4 wird darin über einen entsprechenden Vergleich mit den einzuhaltenden Sollwerten mit der zugehörigen BITE-Ausgabe B verknüpft. Liegt der Signalpegel außerhalb des Sollbereichs, wird ein Alarm ausgegeben.
Die Realisierung dieser Form des BITE-Konzepts stellt dabei jedoch immer einen direkten und unmittelbar aktiven Eingriff in den HF-Ausgangssignalpfad der Verstärkerschaltung dar, mit all seinen behafteten Risiken und Auswirkungen auf die Eigenschaften des HF-Signals, wie z. B. Anpassungsprobleme (schmalbandig/breitbandig) oder unerwünschte Rückwirkungen des Detektionspfads auf die HF-Signaleigenschaften des eigentlichen Ausgangspfads, z. B. durch Übersprechen oder Überkopplung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltung anzugeben, mit denen die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden können.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und der Schaltung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines Ausgangssignals einer HF-Verstärkerschaltung, wobei die Verstärkerschaltung einen dem Ausgang zugewiesenen Ausgangsverstärker umfasst, wobei die Stromaufnahme des Ausgangsverstärkers gemessen wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Low-Signal ausgegeben, wenn der von dem Ausgangsverstärker aufgenommene Strom außerhalb eines vorgegebenen Soll-Wertebereichs liegt und dass ein High-Signal ausgegeben wird, wenn der von dem Ausgangsverstärker aufgenommene Strom innerhalb eines vorgegebenen Soll-Wertebereichs liegt.
Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung umfasst einen Eingang, einen oder mehrere Ausgänge, einen jedem Ausgang zugeordneten Ausgangsverstärker und eine Schaltung zur erfindungsgemäßen Überwachung der Stromaufnahme, wobei die Überwachungsschaltung zwischen die Stromversorgung des Ausgangsverstärkers und dem Ausgangsverstärker geschaltet ist.
Zweckmäßig ist der Soll-Wertebereich definiert durch einen unteren Schwellwert und einen oberen Schwellwert, wobei das Alarmsignal ausgegeben wird, wenn der von dem Ausgangsverstärker aufgenommene Strom größer als der obere Schwellwert oder kleiner als der untere Schwellwert ist.
Die Idee der Erfindung setzt nun in einer anderen Form der Realisierung einer aus dem Stand der Technik bekannten Power-Detektion an, welche keinen solchen aktiven und tiefgreifenden Eingriff in den HF-Ausgangssignalpfad erforderlich macht, sondern mit einer indirekten Realisierung, nämlich der Überwachung der Stromaufnahme des in den Ausgangspfad geschalteten HF-Ausgangsleistungsverstärkers, eine Überwachung des Ausgangssignals möglich macht.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 eine Verstärkerschaltung mit einer HF-Ausgangssignal-Überwachung nach dem Stand der Technik,
2 eine Verstärkerschaltung mit einer HF-Ausgangssignal-Überwachung gemäß der Erfindung,
3 einen beispielhafter Verlauf der Ausgangsleistung und der Stromaufnahme gegenüber der Eingangsleistung eines beispielhaften HF-Leistungsverstärkers,
4 einen beispielhaften Verlauf einer aus 3 gezeigten Kennlinie mit einem beispielhaften Soll-Wertebereichs.
Durch die Erfindung eröffnen sich im Rahmen der weiteren Designabsicherung von Verstärkerschaltungen wesentliche Vorteile, da bei der Umsetzung ein bestehendes oder bereits risikominimiertes HF-Design einer Verstärkerschaltung in seinen wesentlichen Merkmalen erhalten bleiben kann, und somit bei gleichzeitiger Realisierung der gewünschten BITE-Funktionalität keine zusätzlichen Risiken in dem HF-Signalpfad durch die erfindungsgemäße Ausgangssignal-Überwachung zu erwarten sind. Bei der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung wird auf Seiten der Stromversorgung eines in der Regel im HF-Ausgangssignalpfad bereits vorhandenen HF-Ausgangsverstärkers eine zusätzliche Stromüberwachungs-Schaltung eingebaut. Da die Versorgungsspannung eines HF-Ausgangsverstärkers üblicherweise konstant ist, kann über die Stromüberwachungs-Schaltung zweckmäßig auch die Leistung überwacht werden.
2 zeigt eine Verstärkerschaltung mit einer HF-Ausgangssignal-Überwachungsschaltung S gemäß der Erfindung. Das Eingangssignal E wird in einem Leistungsteiler 5 auf mehrere Ausgangspfade aufgeteilt. In jedem Ausgangspfad ist ein HF-Ausgangsleistungsverstärker 7 vorhanden, welcher eingangsseitig über eine HF-Leitung mit dem Ausgang des Leistungsteilers 5 und ausgangsseitig über eine weitere HF-Leitung mit einem Ausgang 1 der Verstärkerschaltung verbunden ist. Jeder HF-Ausgangsleistungsverstarker 7 weist einen weiteren Eingang zur Zuführung des Versorgungsstroms auf. Zwischen der Stromversorgungsquelle 8 und dem HF-Ausgangsleistungsverstärker 7 ist ein Stromdetektor 4 geschaltet, welcher den dem HF-Ausgangsleistungsverstärker 7 zugeführten Strom misst. Da die Versorgungsspannung des Verstärkers konstant ist, ist die vom HF-Ausgangsleistungsverstärker 7 aufgenommene Leistung direkt proportional zum aufgenommenen Strom. Der Stromdetektor 4 weist einen BITE Ausgang auf, welcher mit einer zugehörigen BITE-Ausgabe B verbunden ist und bei welchem zweckmäßig ein Digital Signal anliegt. Liegt der von dem Ausgangsleistungsverstärker 7 aufgenommene Stromwert innerhalb eines Soll-Wertebereichs wird an der BITE-Ausgabe B ein High-Signal ausgegeben. Für den Fall, dass der von dem Ausgangsleistungsverstärker 7 aufgenommene Stromwert außerhalb des Soll-Wertebereichs liegt, wird ein Low-Signal ausgegeben. In 2 ist die eine Überwachungsschaltung S mit beiden HF-Ausgangsverstärkern 7 in den beiden Signalpfaden verbunden. Selbstverständlich ist es möglich, dass mehrere Überwachungsschaltungen S vorhanden sind, wobei jede Überwachungsschaltung S nur einem HF-Leistungsverstärker 7 zugeordnet ist.
Das Prinzip der Erfindung beruht, wie oben bereits erläutert, im wesentlichen auf einer Messung bzw. Bestimmung des aufgenommen Versorgungsstroms eines HF-Ausgangsverstärkers und eines anschließenden Vergleichs des aufgenommen Versorgungsstroms mit einem Sollwert. Der Versorgungsstrom des Ausgangsleistungsverstärkers wird mit Hilfe einer Überwachungsschaltung im Stromversorgungspfad des HF-Verstärkers bestimmt.
3 zeigt für einen beispielhaften HF-Leistungsverstärker einen beispielhaften Verlauf der Ausgangsleistung (Output Power) und den aufgenommenen Versorgungsstrom (Supply Current) eines HF-Leistungsverstärkers gegenüber der Eingangsleistung (Input Power).
Die dargestellten Verläufe zeigen sehr deutlich einen proportionaler Zusammenhang zwischen den jeweiligen Leistungs-Parametern, welcher als entsprechendes Maß für die Variation der zugehörigen Ein- bzw. Ausgangsgröße und der damit verbunden Verringerung bzw. Erhöhung des Verstärker-Versorgungsstroms herangezogen werden kann. Im Detail bedeutet dies, dass mit Hilfe der Messung bzw. Bestimmung der aktuellen Größe des Versorgungsstroms ein direkter Rückschluss auf die zu erwartende Ausgangssignalstärke am Ausgang des HF-Verstärkers möglich ist. Im Einzelnen wäre dies z. B. für den Fall eines erniedrigten Eingangssignals (z. B. durch einen aufgetretenen Defekt im vorausgegangenen HF-Signalpfad vor dem Verstärker) bzw. im anderen Fall eines nicht vollständig verstärkbaren Ausgangssignals (z. B. wegen eines Defekts innerhalb der Verstärkerstufe) durch eine dabei zwangsläufig auftretende Änderung im Versorgungsstrom (Supply-Current) ein direkter Indikator für ein aufgetretenes Problem im HF-Signalpfad, welche zur Auslösung einer entsprechenden BITE-Information herangezogen werden kann.
Die „Input/Output-Power – zu – Supply-Current” proportionale Entscheidungs-Schwelle der Überwachungsschaltung kann entsprechend flexibel an den einzusetzenden Verstärkertyp angepasst werden, da bei der Dimensionierung der Überwachungsschaltung ein entsprechendes Entscheidungs-/Überwachungs-Fenster (Comperator-Window) eingestellt bzw. vorgegeben werden kann, innerhalb dessen der Versorgungsstrom des HF-Ausgangsverstärkers für den „Normal-Betrieb” der Verstärkerschaltung zum Liegen kommen sollte, außerhalb dieses Fensters kann dann direkt auf die Indikation eines unspezifizierten/fehlerhaften Betriebszustands geschlossen werden.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Ausgangssignals einer HF-Verstärkerschaltung, wobei die Verstärkerschaltung einen dem Ausgang zugewiesenen Ausgangsverstärker umfasst, wobei die Stromaufnahme des Ausgangsverstärkers gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Low-Signal ausgegeben wird, wenn der von dem Ausgangsverstärker aufgenommene Strom außerhalb eines vorgegebenen Soll-Wertebereichs liegt und dass ein High-Signal ausgegeben wird, wenn der von dem Ausgangsverstärker aufgenommene Strom innerhalb eines vorgegebenen Soll-Wertebereichs liegt.
Verstärkerschaltung umfassend einen Eingang, einen oder mehrere Ausgänge, einen jedem Ausgang zugeordneten Ausgangsverstärker und eine Schaltung zur Überwachung der Stromaufnahme gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung zwischen die Stromversorgung des Ausgangsverstärkers und dem Ausgangsverstärker geschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Überwachungsschaltungen vorhanden sind, wobei jede Überwachungsschaltung genau einem Ausgangsverstärker zugeordnet ist.