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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Sender.
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Hochfrequenzsender, wie sie z. B. in Drahtlosmikrofonen, Drahtlosgitarrensendern oder Drahtlostaschensendern verwendet werden, weisen zur Übertragung von Audiosignalen typischerweise eine Hochfrequenz-Senderendstufe zum drahtlosen Senden von Hochfrequenz-Funksignalen auf. Da es sich um tragbare Geräte handelt, werden diese in der Regel durch Batterien oder Akkus versorgt. Um eine lange Betriebszeit zwischen dem Tausch der Batterien (Primärzellen) oder deren Aufladen (Sekundärzellen) zu erreichen, wird dabei auf geringe Stromaufnahme (geringen Leistungsverbrauch) großer Wert gelegt. Zu den erforderlichen Baugruppen im Sender, die einen wesentlichen Anteil der aufgenommenen Gleichstromleistung benötigen, gehört die Senderendstufe. Diese wird daher (besonders bei der zur Zeit noch sehr verbreiteten analogen FM-Modulation) in einer sehr stromsparenden Betriebsart betrieben, die andererseits den Nachteil mit sich bringt, dass sie auf rückwärts (also von der Antennenseite) eingespeiste Leistungen mit Intermodulation reagiert.
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Durch Intermodulation entsteht eine unerwünschte Mischung von (Hochfrequenz-)Signalen, die ab einer gewissen Stärke zu hörbaren Beeinträchtigungen des Nutzsignals führen können. Dies geschieht durch Nichtlinearitäten im Übertragungszweig, an denen die beiden Frequenzen gemischt werden. Voraussetzung dazu sind mindestens zwei Hochfrequenzsignale ausreichender Stärke. Dies kann beispielsweise durch Mobilfunksender geschehen. Auf Bühnen kann dies auch erfolgen, wenn (mindestens) zwei Sender einen gewissen Mindestabstand unterschreiten. Ein typischer Fall ist das Singen im Duett, wenn sich zwei Künstler mit je einem tragbaren (= drahtlosen) Funkmikrofon einander zuwenden, sodass sich die (typischerweise am unteren Ende des Mikrofons angebrachten) Antennen der Funkmikrofone beinahe oder sogar tatsächlich berühren. In diesem Fall strahlt jeder der beiden tragbaren Sender in das Gerät des Anderen über die Sendeantenne ein, die in diesem Fall als Empfangsantenne wirkt. Die so eingestreute HF-Welle wandert rückwärts (also entgegen der Richtung des eigentlichen Sende-Nutzsignals) bis in die HF-Endstufe fort, die i. a. aus Stromspargründen mit wenig Ruhestrom arbeitet und somit in einem nichtlinearen Arbeitspunkt betrieben wird. Eine Nichtlinearität wie diese ist Voraussetzung für eine Mischung der Frequenzen und somit Voraussetzung für das Entstehen von Intermodulation.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Intermodulation von ihrer Stärke her so zu begrenzen, dass sie nicht störend in Erscheinung tritt; in diesem Fall: Nicht zu hören ist. Die einfachste liegt darin, die Senderendstufe durch Wahl eines geeigneteren Arbeitspunktes durchgängig in einem lineareren Bereich zu betreiben. Dies ist jedoch mit einer erhöhten Stromaufnahme verbunden, was batteriebetriebenen Geräten entgegensteht. Weil dann zwangsläufig die Betriebszeit (ohne Batteriewechsel) sinkt, kommt diese Lösung primär für stationär betriebene Anlagen in Betracht.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Hochfrequenzsenders gemäß dem Stand der Technik. Insbesondere kann die von einem fremden Sender über die Sendeantenne (die dabei als Empfangsantenne wirkt) eingestrahlte Welle detektiert werden. Der Hochfrequenzsender 500 weist einen Eingang IN, einen Ausgang OUT, einen Sender-Endverstärker 40 und einen Richtkoppler 30 auf. An dem Ausgang OUT kann eine Sende-Antenne 80 vorgesehen sein. Der Block 500 stellt dabei das Senderendstufenmodul dar, der über den Eingang IN das aufbereitete Sendesignal (z. B. ein mit einer Tonfrequenz frequenzmoduliertes UHF-Signal) zugeführt wird. Der Sender-Endverstärker 40 bringt dieses auf die gewünschte Ausgangsleistung, die über den Richtkoppler 30 und den Anschluss OUT der Sendeantenne 80 zugeführt wird. Bis auf die Ergänzung durch den Richtkoppler 30 zeigt die Abbildung eine ganz normale Senderendstufe, wie sie u. a. in Taschensendern, drahtlosen Mikrofonen usw. eingesetzt wird. Der Richtkoppler 30 weist dabei vier Anschlüsse auf: Zwei von ihnen sind mit dem Sender-Endverstärker 40 und der Antenne 80 verbunden. Über diese läuft (nach rechts) die ganz normale HF-Welle zur Antenne 80. Gleichzeitig läuft über diese beiden Anschlüsse im Fall von über die Antenne eingestreuter HF-Leistung auch die Welle, die (nach links) in die Sender-Endstufe läuft 40 und dort die Intermodulation erzeugt. Die beiden anderen Anschlüsse sind mit der sogenannten Messleitung des Richtkopplers 30 verbunden. Schließt man einen hiervon mit dem Wellenwiderstand ab, so kann man am anderen Anschluss – hier mit A bezeichnet – die rücklaufende Welle messen. Dies ist in diesem Fall – also wenn die beiden Anschlüsse der Messleitung so angeschlossen werden, wie auf dem Bild dargestellt – die rücklaufende Welle, die über die Sendeantenne 80 (die dann als Empfangsantenne wirkt) aufgenommen wird und zur Sender-Endstufe 40 läuft. Vertauscht man die beiden Anschlüsse der Messleitung, schließt also den rechten Anschluss A mit dem Wellenwiderstand ab und misst stattdessen an dem linken Anschluss B, so misst man die hinlaufende Welle. Dieses ist die Welle, die (wunschgemäß) von der Senderendstufe an die Sendeantenne läuft und dort abgestrahlt wird.
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Eine andere Möglichkeit, die unerwünschte Intermodulation zu verhindern/begrenzen, ist in
DE 10 2012 203 026 aufgezeigt. Hier wird die Endstufe (vorübergehend/zeitweise) bei der Detektion von empfangenen/eingekoppelten Signalen über die Antenne vermittels Erhöhung des Betriebsstroms in einen Betriebspunkt gefahren, bei dem weniger Intermodulationsprodukte entstehen. Nachteilig ist dabei jedoch auch der (wenn auch meistens nur vorübergehend auftretende) erhöhte Leistungsbedarf.
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Eine weitere Möglichkeit ist der Einbau von sogenannten HF-Isolatoren. Dies sind Bauteile, die elektromagnetische Wellen nur in eine Richtung passieren lassen. Schaltet man diese zwischen die Endstufe und die Antenne, so kann nur die Sendeleistung über die Antenne abgestrahlt werden; über die Antenne empfangene HF-Wellen gelangen jedoch nicht mehr bis in die Sendeendstufe und können daher selbst bei starken Nichtlinearitäten keine Intermodulation mehr verursachen. Nachteilig an dieser Lösung ist der sehr hohe Preis dieser zusätzlich nötigen Bauteile, die erhebliche Baugröße (die einem Einsatz bei tragbaren Geräten entgegen steht) sowie deren Schmalbandigkeit. Da Funkmikrofone i. d. R. heute so konstruiert sind, dass sich die wählbare Sendefrequenz in einem möglichst großen Frequenzbereich nutzen lässt, müsste man evtl. sogar mehrere (umgeschaltete) Isolatoren einsetzen, was den Preis erst recht in inakzeptable Höhe treiben würde, oder man müsste sich mit einem kleineren Frequenzbereich zufrieden geben. Die hier verwendeten Richtkoppler dagegen sind nicht nur konstruktiv für einen extrem weiten Frequenzbereich auslegbar, sondern sie lassen sich im Wesentlichen sogar ohne zusätzliche diskrete Bauteile verwirklichen, indem man eine dazu passende Struktur in die Kupferbeschichtung der Leiterplatte einbringt und diese als Richtkoppler nutzt, z. B. als geätzte Streifenleiter-Struktur.
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US 5,311,143 zeigt eine Sendeendstufe mit einem Richtkoppler am Ein- oder Ausgang. Mit Hilfe des Richtkopplers wird ein Teil der Sendeleistung des Senders ausgekoppelt und gleichgerichtet. In Abhängigkeit der durch die Gleichrichtung gewonnenen Gleichspannung wird die Biasspannung des Sendetransistors verändert. Mit anderen Worten, die Biasspannung wird in Abhängigkeit der Höhe der eigenen Sendeausgangsleistung verändert.
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GB 2369734 zeigt einen Verstärker eines HF-Senders. Ein Richtkoppler erfasst die Ausgangssendeleistung. Die Sendeleistung wird durch eine Mischung des Sendesignals auf eine geringere Frequenz erfasst anstelle einer Erfassung der Sendeleistung mit einem Leistungsdetektor auf der Sendefrequenz. Dies erfolgt, da es einfacher ist, bei tieferen Frequenzen die Sendeleistung zu messen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Hochfrequenzsender vorzusehen, der die Aussendung unerwünschter Nebenaussendungen reduziert, ohne dass gleichzeitig ein starker Anstieg der Gleichstromeingangsleistung erfolgt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Hochfrequenz-Sender nach Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, die rückwärts eingespeisten Signale fremder Sender durch Überlagerung mit einem um 180° phasenverschobenen Abbild zu unterdrücken, damit sie die Senderendstufe nicht erreichen und somit keine Störprodukte entstehen.
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Somit wird ein Hochfrequenz-Sender, insbesondere für Drahtlos-Mikrofone, Drahtlos-Gitarrensender oder Drahtlos-Taschensender vorgesehen. Der Sender weist mindestens eine Sende-Antenne, einen Leistungsverstärker zum Verstärken eines zu übertragenden Hochfrequenzsignals, einen ersten Richtkoppler am Ausgang des Leistungsverstärkers, ein Verzögerungsglied, einen zweiten Richtkoppler, welcher mit einem Ausgang des Hochfrequenzsenders gekoppelt ist und über welchen über die Sende-Antenne eingekoppelte externe Störsignale eingespeist werden, auf. Der Hochfrequenzsender weist ferner eine Kompensationseinheit auf, welche mit dem ersten und zweiten Richtkoppler gekoppelt ist und zur Kompensation der durch die Sende-Antenne eingekoppelten externen Störsignale dient.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Kompensationseinheit ein einstellbares Dämpfungsglied, insbesondere einen einstellbaren Phasenschieber oder einen Verstärker auf. Das einstellbare Dämpfungsglied ist mit dem Ausgang des zweiten Richtkopplers und der Verstärker ist mit dem Eingang des ersten Richtkopplers gekoppelt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Kompensationseinheit einen einstellbaren Phasenschieber, insbesondere ein einstellbares Dämpfungsglied und einen Verstärker auf. Das einstellbare Dämpfungsglied ist mit dem Ausgang des zweiten Richtkopplers und der Verstärker ist mit ein Eingang des ersten Richtkopplers gekoppelt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kompensationseinheit dazu ausgestaltet, ein um 180° phasenverschobenes Signal mit gleicher Amplitude wie das von der Sende-Antenne empfangene Störsignal zu erzeugen, so dass das Störsignal und das Kompensationssignal sich in dem ersten Richtkoppler aufheben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der erste oder zweite Richtkoppler auf einer Leiterplatte ausgebildet.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines drahtlosen Hochfrequenz-Senders gemäß dem Stand der Technik, und
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2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Senders gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Senders gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Hochfrequenz-Sender gemäß der Erfindung kann in einem drahtlosen Taschensender oder einem Drahtlos-Mikrofonsender vorgesehen sein, um die Audiosignale drahtlos zu senden. Der Hochfrequenz-Sender 500 weist einen Eingang IN, einen Leistungsverstärker bzw. eine Sender-Endstufe 40, einen ersten Richtkoppler 10, einen zweiten Richtkoppler 30 30, einen Ausgang OUT auf, wobei eine Sende-Antenne 80 an dem Ausgang OUT gekoppelt werden kann. Der Hochfrequenz-Sender 500 weist ferner eine Kompensationseinheit 300 auf, welche zwischen einem Ausgang des zweiten Richtkopplers 30 und einem Eingang des ersten Richtkopplers 10 gekoppelt ist.
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Die gesamte Senderendstufe 500 wird durch den Eingang IN mit dem (noch nicht auf ausreichende Leistung verstärkten) moduliertem Hochfrequenz-Signal gespeist. Der Leistungsverstärker 40 bringt das zu sendende Signal auf einen ausreichenden Pegel und speist es über den ersten Richtkoppler 10, das Verzögerungsglied 20 und den zweiten Richtkoppler 30 an den Ausgang OUT, an den wie üblich die Sende-Antenne 80 angeschlossen ist. Ohne den ersten Richtkoppler 10, das Verzögerungsglied 20 und den zweiten Richtkoppler 30 sowie die darunter eingezeichnete Kompensationseinheit 300 entspricht dies der normalen Ausgangsstufe eines Taschen- oder Mikrofonsenders. Eine durch die Sende-Antenne 80 aufgenommene Welle (z. B. von einem zweiten unabhängigen Handsender) läuft ohne die im Folgenden beschriebene Zusatzeinrichtung direkt in den Ausgang des Leistungsverstärkers 40 hinein und verursacht dort die oben beschriebenen Intermodulationsprodukte. Durch den hier eingebauten zweiten Richtkoppler 30 wird die zurücklaufende Welle gemessen. Sie wird nach der Verarbeitung in der Kompensationseinheit über den ersten Richtkoppler 10 in umgekehrter Phasenlage der über den zweiten Richtkoppler 30 und das Verzögerungsglied 20 rücklaufenden Welle wieder zugefügt. Dies bewirkt eine Auslöschung der rücklaufenden Welle, die damit gar nicht mehr die Endstufe 40 erreicht (und folglich keinerlei Intermodulation erzeugen kann). Eine vollständige Auslöschung kann allerdings nur erfolgen, wenn der Anteil der rücklaufenden Welle, der von der Verzögerungseinheit 20 kommt und der Anteil der rücklaufenden Welle, der über die Kompensationseinheit 300 kommt und die im ersten Richtkoppler 10 zusammengefügt werden, betragsmäßig gleich groß aber in der Phase um 180° gedreht sind. Damit dies geschieht, wird der über den zweiten Richtkoppler 30 gemessene Anteil der Welle in der Kompensationseiheit 300 in der Verstärkung auf den richtigen Amplitudenwert durch das einstellbare Dämpfungsglied 50 eingestellt, durch den einstellbaren Phasenschieber 60 phasenrichtig gedreht, sodass die Phase genau 180° beträgt sowie durch den Verstärker 70 verstärkt. Da die Bearbeitung der gemessenen rücklaufenden Welle in der Kompensationseinheit 300 eine gewisse Durchlaufzeit erfordert, (sie verzögert das Signal,) müssen außerdem bei der Summation im Richtkoppler 10 die beiden Signale zeitgleich ankommen (Zeitbedingung). Um dies zu gewährleisten ist im direkten Pfad für die rücklaufende Welle noch das Verzögerungsglied 20 eingebaut, das ausschließlich als Laufzeitglied wirkt. Dieses ist so bemessen, dass die Zeitbedingung eingehalten wird und kann auch als einfache Leiterbahn auf der Platine gebildet werden. Das eigentliche vom Leistungsverstärker 40 kommende und an die Antenne weitergegebene Nutzsignal wird durch die Verzögerungseinheit 20 nicht beeinflusst, es wird lediglich ebenfalls geringfügig verzögert. Da diese Zeit extrem kurz ist, wirkt sie auch bei kritischen Anwendungen nicht aus, jedenfalls nicht, wenn es um die Übertragung von Schallereignissen geht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012203026 [0006]
- US 5311143 [0008]
- GB 2369734 [0009]
