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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orten von Stellen in einem Signalübertragungspfad für ein Hochfrequenzsignal, wobei diese Stellen im Sinne von Hochfrequenzübertragungseigenschaften des Signalübertragungspfades fehlerhaft sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem Signalübertragungspfad für HF-Signale, beispielsweise bei einer Mobilfunkbasisstation, wobei der Signalübertragungspfad beispielsweise HF-Leitungskabel, HF-Steckverbinder, einen Blitzschutz und eine Antenne zum Abstrahlen des HF-Signals umfasst, ergeben Messungen der HF-Übertragungseigenschaften oftmals eine verminderte Übertragungsfähigkeit, welche sich zu hohen Frequenzen hin mehr verschlechtert, als dies rechnerisch der Fall sein dürfte oder als aufgrund der HF-Übertragungseigenschaften der Einzelkomponenten zu erwarten ist. Hierdurch ergibt sich eine aufwändige Fehlersuche in dem Gesamtsystem des Signalübertragungspfades nach fehlerhaften Stellen, an denen beispielsweise ein HF-Stecker nicht vollständig geschlossen oder fehlerhaft montiert ist, eine fehlerhafte Lötstelle oder ein Kabelbruch in einem HF-Leitungskabel vorliegt, wodurch sich an dieser Stelle eine nichtlineare Übertragungsfunktion für HF-Signale ergibt, die zur Verminderung der HF-Signalübertragungseigenschaften des Gesamtsystems des Signalübertragungspfades führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art derart auszugestalten, dass in HF-technischer Sicht fehlerhafte Stellen in einem Signalübertragungspfad auf einfache Weise und gleichzeitig örtlich sehr genau lokalisiert werden können, so dass die Fehlersuche vereinfacht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei einem Verfahren der o. g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass folgende Schritte ausgeführt werden:
- (a) Erzeugen eines ersten HF-Signals mit einer konstanten, vorbestimmten Frequenz f1 in Form eines Signalpulses;
- (b) Erzeugen eines zweiten HF-Signals mit einer konstanten vorbestimmten Frequenz f2 in Form eines Signals, welches wenigstens die zeitliche Länge des ersten HF-Signals aufweist, insbesondere eines Dauersignals;
- (c) Einleiten des ersten HF-Signals und des zweiten HF-Signals in den Signalübertragungspfad an einem vorbestimmten Einleitungspunkt derart, dass beide Signale zeitlich den Signalübertragungspfad durchlaufen;;
- (d) Empfangen eines in dem Signalübertragungspfad erzeugten Intermodulationsproduktsignals mit der Frequenz fIM am vorbestimmten Einleitungspunkt;
- (e) Bestimmen einer Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit zwischen einem ersten Zeitpunkt t1, zu dem der Signalpuls des ersten HF-Signals am Einleitungspunkt eingeleitet wurde, und einem zweiten Zeitpunkt t2, zu dem das im Signalübertragungspfad erzeugte Intermodulationsproduktsignal am Einleitungspunkt ankommt;
- (f) Berechnen einer Länge L zwischen dem Einleitungspunkt und einer Stelle in dem Signalübertragungspfad, an der das in Schritt (d) empfangene Signal erzeugt wurde, aus der in Schritt (e) bestimmten Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit gemäß der Formel L = 1 / 2·ΔtLaufzeit·c wobei c eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der HF-Signale in dem Signalübertragungspfad ist.
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Dies hat den Vorteil, dass unter Ausnutzung von an fehlerhaften Stellen des Signalübertragungspfades erzeugten Intermodulationsprodukten derartige Stellen örtlich sehr genau lokalisiert werden können, ohne hierzu den Signalübertragungspfad mechanisch bearbeiten, insbesondere zerlegen oder zerstören, zu müssen. Dadurch wird die Fehlersuche erheblich vereinfacht und verkürzt, da binnen kurzer Zeit festgestellt werden kann, welches Bauteil des Signalübertragungspfades einen Fehler aufweist und wo in diesem Bauteil der Fehler örtlich vorhanden ist.
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Für eine kontinuierliche Messung wird in Schritt (a) das erste HF-Signal zeitlich wiederholt als Signalpuls erzeugt, wobei zwischen aufeinander folgenden Signalpulsen eine vorbestimmte Zeit Δt vorgesehen ist. Diese vorbestimmte Zeit Δt ist bevorzugt größer, als die maximal erwartete Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit,max, um die Laufzeitmessung möglichst durchführen zu können.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Signalübertragungspfad eine Hochfrequenzleitung, insbesondere einen Hohlleiter oder ein Koaxialkabel, eine Blitzschutzschaltung, ein HF-Filter, einen HF-Abschlusswiderstand und/oder eine HF Antenne.
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Eine besonders genaue Ortsbestimmung bei einfachem technischem Aufbau erzielt man dadurch, dass in Schritt (d) das Intermodulationsprodukt dritter Ordnung IM3 mit der Frequenz fIM3 = 2 × f1 – f2 oder fIM3 = 2 × f2 – f1 empfangen wird.
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Zweckmäßigerweise wird in Schritt (d) das Intermodulationsprodukt mittels eines HF-Frequenzfilters, insbesondere eines Bandpassfilters, aus dem am Einleitungspunkt empfangenen Signal herausgefiltert.
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In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Frequenz f1 des ersten HF-Signals 935 MHz, beträgt die Frequenz f2 des zweiten HF-Signals 960 MHz und wird in Schritt (d) das Intermodulationsprodukt mittels eines Bandpassfilters zwischen einer unteren Grenzfrequenz fL von 880 MHz und einer oberen Grenzfrequenz fH von 915 MHz ausgefiltert. Hierdurch werden das erste und zweite HF-Signal von dem Bandpassfilter ausgefiltert und nur ein Intermodulationsprodukt wird am Einleitungspunkt empfangen und weiter ausgewertet.
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Eine Stelle, welche im Sinne von Hochfrequenzübertragungseigenschaften des Signalübertragungspfades fehlerhaft ist, umfasst wenigstens eine Stelle, an der eine Änderung, insbesondere ein Sprung, des HF-Wellenwiderstandes vorliegt, an der eine elektrische Kontaktierung fehlerhaft ist, insbesondere ein Kontaktwiderstand vorliegt, welcher größer als ein vorbestimmter Wert ist, und/oder an der eine nichtlineare Übertragungsfunktion für ein HF-Signal vorliegt.
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Eine besonders hohe Genauigkeit des Verfahrens erzielt man dadurch, dass in Schritt (a) bei jeder Erzeugung eines Signalpulses des ersten HF-Signals ein Triggersignal erzeugt wird und in Schritt (e) eine Zeitdifferenz zwischen diesem Triggersignal und dem Empfang des Intermodulationsproduktsignals bestimmt wird, wobei zum Bestimmen der Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit von dieser Zeitdifferenz eine Zeitspanne von dem Erzeugen des Signalpulses des ersten HF-Signals bis zum Erreichen des Einleitungspunktes abgezogen wird. Diese Genauigkeit wird noch weiter dadurch erhöht, dass von der Zeitdifferenz zusätzlich eine Zeitpanne von dem Empfang des Intermodulationsproduktsignals bis zum Vergleich dieses Intermodulationsproduktsignals mit dem Triggersignal abgezogen wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines schematischen Ablaufdiagramms.
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Die in der einzigen Fig. beispielhaft dargestellte, bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Analyse eines Signalübertragungspfades 10 hinsichtlich von Störstellen, welche die HF-Übertragungseigenschaften beeinträchtigen. Diese Störstellen verursachen eine nichtlineare Übertragungsfunktion hinsichtlich der Übertragung von HF-Signalen. Mit dem vorliegenden Verfahren wird ausgenutzt, dass derartige nichtlineare Übertragungsfunktionen zur Erzeugung von Intermodulationsprodukten führen, wenn zwei HF-Signale unterschiedlicher Frequenz gleichzeitig auf eine derartige Stelle mit nichtlinearer Übertragungsfunktion treffen. Diese Intermodulationsprodukte werden an diesen Stellen erzeugt und stellen keine Reflexion eines eingespeisten Signals, sondern ein neues HF-Signal dar, welches hierin als Intermodulationssignal oder auch Intermodulationsprodukt bezeichnet wird.
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In Block 12 ”Puls f1” wird ein erstes HF-Signal 14 mit einer konstanten, vorbestimmten Frequenz f1 erzeugt. Dieses erste HF-Signal 14 wird in Form eines zeitlich begrenzten Signalpulses erzeugt. Dieses erste HF-Signal 14 wird in einem Block 16 ”PA f1” verstärkt und einem Combiner 18 zugeführt. In einem Block 20 ”Fix f2” wird ein zweites HF-Signal 22 mit einer konstanten, vorbestimmten Frequenz f2 erzeugt, in einem Block 24 ”PA f2” verstärkt und ebenfalls dem Combiner 18 zugeführt. Der Combiner 18 führt die auf eine Leitung kombinierten HF-Signale 14, 22 einem Block 26 zu, der einen Duplexfilter enthält und das erste sowie zweite HF-Signal 14, 22 an einem Einleitungspunkt 28 in den Signalübertragungspfad 10 einspeist. Diese beiden HF-Signale 14, 22 treffen nun auf ihrem Weg durch den Signalübertragungspfad 10 ggf. auf eine Stelle mit nichtlinearer Übertragungsfunktion, beispielsweise einen defekten HF-Steckverbinder, eine schlechte Lötstelle oder einen Kabelbruch, so dass aus den beiden HF-Signalen 14, 22 an sich unerwünschte Intermodulationsprodukte, wie beispielsweise das Intermodulationsprodukt 3. Ordnung IM3, erzeugt werden. Diese Intermodulationsprodukte laufen als in dem Signalübertragungspfad erzeugte Signale bzw. Intermodulationsprodukte bzw. Intermodulationsproduktsignale zu dem Einleitungspunkt 28 zurück.
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Mittels des Blockes 26 wird gleichzeitig am Einleitungspunkt 28 ein in dem Signalübertragungspfad 10 erzeugtes Intermodulationsproduktsignal empfangen und mittels des Duplexfilters das Intermodulationsprodukt 3. Ordnung IM3 32 mit einer Frequenz fIM-EMPFANGEN herausgefiltert und über einen Ausgang 30 an einen Block 34 übergeben. Die Frequenz fIM-EMPFANGEN(t) des empfangenen, in dem Signalübertragungspfad erzeugten Intermodulationsprodukts 3. Ordnung IM3 32 ergibt sich aus der Frequenz f1 des ersten HF-Signals 14 und aus der Frequenz f2 des zweiten HF-Signals 22 gemäß der Gleichung fIM3-EMPFANGEN(t) = 2 × f1(t) – f2. Das empfangene Intermodulationsprodukt IM3 32 hat einen Weg L vom Einleitungspunkt 28 zu der Stelle mit nichtlinearer Übertragungsfunktion sowie den Weg L wieder zurück von der Stelle mit nichtlinearer Übertragungsfunktion zum Einleitungspunkt 28 zurückgelegt.
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In dem Block 12 wird weiterhin ein Triggersignal 36 erzeugt, wenn der Signalpuls des ersten HF-Signals 14 erzeugt wird. Dieses Triggersignal 36 wird einem Block 40 zugeführt. Mittels einem HF-Signal mit entsprechender Frequenz aus einem lokalen Oszillator 38 wird in dem Block 34 das Intermodulationsproduktsignal 32 auf eine niedrigere Frequenz umgesetzt, welche von dem Block 40 verarbeitet werden kann. Beispielsweise beträgt die Frequenz f1 des ersten HF-Signals 14 935 MHz, die Frequenz f2 des zweiten HF-Signals 22 960 MHz und die Frequenz des Intermodulationsproduktsignals IM3 32 dementsprechend 910 MHz. Von dem Duplexfilter (Bandpass) in Block 26 wird beispielsweise ein Frequenzband zwischen 880 MHz (fL) und 915 MHz (fH) herausgefiltert, so dass das erste und zweite HF-Signal 24, 22 diesen Duplexfilter nicht passieren können, jedoch das Intermodulationsproduktsignal IM3 32 zum Ausgang 30 durchgelassen wird. In dem Mischer 34 wird dann dieses Intermodulationsproduktsignal IM3 32 von der Frequenz 910 MHz auf eine Frequenz von 120 MHz umgesetzt, so dass in Block 40 zur weiteren Signalverarbeitung ein herkömmliches Oszilloskop verwendet werden kann.
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Zur Bestimmung des Weges L zwischen dem Einleitungspunkt 28 und der Stelle mit der nichtlinearen Übertragungsfunktion wird in Block 40 von dem Triggersignal 36 ein Timer gestartet. Wegen der Laufzeit des Intermodulationsproduktsignals IM3 32 wird dieses immer später am Block 40 ankommen als das Triggersignal 36. Sobald dann nach dem Triggersignal 36 das in der Frequenz umgesetzt Intermodulationsproduktsignal IM3 32 ankommt, wird dieser Timer wieder gestoppt und zeigt eine Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit an. Von dieser Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit wird dann ggf. noch eine Zeitspanne, die das erste HF-Signal 14 von dem Block 12 bis zum Einleitungspunkt 28 sowie eine Zeitspanne, die das Intermodulationsproduktsignal IM3 32 von dem Einleitungspunkt 28 bis zum Block 40 benötigt abgezogen. Diese beiden zuvor genannten Zeitspannen sind im Wesentlichen Konstanten des Messsystems und müssen daher nur einmal im Rahmen einer Kalibrierung des Messsystems bestimmt werden. Nasch dieser Kalibrierung entspricht damit die Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit einer Zeitspanne zwischen einem ersten Zeitpunkt t1, zu dem der Signalpuls des ersten HF-Signals 14 am Einleitungspunkt 28 eingeleitet wurde, und einem zweiten Zeitpunkt t2, zu dem das im Signalübertragungspfad 10 erzeugte Intermodulationsproduktsignal IM3 32 am Einleitungspunkt 28 ankommt.
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Aus dieser Laufzeitdifferenz ΔtLaufzeit wird anschließend der Weg L zwischen dem Einleitungspunkt 28 und der Stelle mit der nichtlinearen Übertragungsfunktion gemäß der Formel L = 1 / 2·ΔtLaufzeit·c berechnet, wobei c eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der HF-Signale in dem Signalübertragungspfad ist.
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Die Entfernung L ist die Strecke von dem Einleitungspunkt 28 bis zu einer Stelle, an der das Intermodulationsprodukt 3. Ordnung IM3 32 in dem Signalübertragungspfad 10 aus dem ersten und zweiten HF-Signal 14, 22 erzeugt wurde. Es muss nun nur noch diese Entfernung bzw. Länge L am Signalübertragungspfad 10 abgemessen werden und man erhält genau den Ort im Signalübertragungspfad 10 an dem sich ein Fehler mit nichtlinearer Übertragungsfunktion befindet, die die HF-Übertragungseigenschaften des Signalübertragungspfades 10 beeinträchtigt. Dies kann ein Bruch in einem HF-Kabel oder eine Fehlerstelle in der Antenne oder ein defekter HF-Steckverbinder oder eine fehlerhafte Lötstelle sein. Es können selbstverständlich auch mehrere fehlerhafte Stellen gleichzeitig in dem Signalübertragungspfad vorhanden sein. In diesem Falle ergeben sich mehrere zeitlich versetzte, empfangene Intermodulationsprodukte IM3 32 die alle gleichzeitig ausgewertet werden können, so dass es mehrere Laufzeitdifferenzen ΔtLaufzeit gibt und mehrere Längen L bestimmt werden können. Dadurch, dass als betrachtetes empfangenes Signal ein neu erzeugtes Intermodulationsprodukt verwendet wird, ist sichergestellt, dass die Länge L nur eine fehlerhafte Stelle mit nichtlinearer Übertragungsfunktion und keine sonstige Reflexion eines HF-Signals mit anderen Ursachen oder anderen Quellen betrifft.
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Für eine kontinuierliche Messung wird der Signalpuls des ersten HF-Signals
14 zeitlich wiederholt erzeugt. Hierbei wird ein zeitlicher Abstand Δt zwischen aufeinander folgenden Signalpulsen des ersten HF-Signals
14 derart gewählt, dass dieser zeitliche Abstand Δt größer ist als die längste zu erwartende Laufzeitdifferenz Δt
Laufzeit,max. Diese längste zu erwartende Laufzeitdifferenz Δt
Laufzeit,max ergibt sich aus der Gesamtlänge L
S des Signalübertragungspfades
10 gemäß der Formel
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Bei der in der einzigen Fig. dargestellten, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Intermodulationsprodukt 3. Ordnung IM3 verwendet. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft und es können auch andere Intermodulationsprodukte verwendet werden, wie beispielsweise das Intermodulationsprodukt 2. Ordnung (2·f1, 2·f2, f1 + f2, f2 – f1), oder 4. Ordnung oder höher.
