DE2220749B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung einer Last, insbesondere einer Antenne, an eine vorgegebene Quellenimpedanz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung einer Last, insbesondere einer Antenne, an eine vorgegebene Quellenimpedanz, bei dem n?ch Auswahl eines einer bestimmten Lastimpedanz und einer bestimmten Frequenz zugeordneten Abstimmungsbereichs in Abhängigkeit von Phase und Impedanz am Eingang eines Anpassungsnetzwerks eine automatische Feinabstimmung vorgenommen wird.

Des weiteren ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gerichtet

In der Hochfrequenztechnik stellt sich häufig die Aufgabe, mit einer Antenne, deren Daten fest sind, auf verschiedenen Frequenzen zu arbeiten. Beispielsweise handelt es sich darum, mit einer gegebenen Antenne die von einem Sender abgebbare Hochfrequenzleistung auf einer bestimmten, innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches liegenden Frequenz auszustrahlen. Dabei geht es auch darum, einen möglichst hohen Sendewirkungsgrad zu erreichen, d. h. dafür zu sorgen, daß ein möglichst hoher Prozentsatz der vom Sender angebotenen Hochfrequenzleistung der Antenne zur Ausstrahlung zugeführt wird.

Dieses Ziel wird bekanntlich nur bei optimaler Anpassung der elektrischen Daten der Antenne an den Sender erreicht Da normalerweise die Antennendaten nicht unmittelbar den optimalen Belastungsdaten des Senderausganges entsprechen, namentlich dann nicht, wenn mit ein und derselben Antenne auf verschiedenen Frequenzen gearbeitet wird und/oder zwischen Sender und Antenne eine lange Leitung liegt, schaltet man üblicherweise ein Anpassungsnetzwerk zwischen Sender und Antenne

Ein solches Anpassungsnetzwerk ist beispielsweise mit festen und variablen Schaltmitteln wie Spulen, Kondensatoren, Kopplungsgliedern und Transformatoren usw. ausgerüstet.

Mit Hilfe dieser Schaltmittel und durch zweckmäßige Einstellung derselben ist eine genaue oder doch angenähert genaue elektrische Anpassung zwischen Sender bzw. Leitung und Antenne mindestens innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches realisierbar.

Bei Frequenzwechsel sind die Schaltmittel des Anpassungsnetzwerkes auf neue Werte einzustellen, um auf der neuen Frequenz wieder optimale Anpassung zu erzielen. Da es sich hierbei um die Variation mehrerer Parameter handelt, ist diese Manipulation in der Praxis nicht leicht durchzuführen. Wohl ist es hierbei noch relativ leicht, die Resonanz-Abstimmung der reaktiven Elemente Xl bzw. X₀ durchzuführen, es sind aber bekanntlich mehrere Lösungen der gestellten Aufgaben möglich, von denen nur eine den unter den gegebenen Verhältnissen bestmöglichen Wirkungsgrad aufweist

In der praktischen Anwendung, beispielsweise im militärischen Kurzwellen-Sendebetrieb, ist außerdem zu berücksichtigen, daß die Antenne in einiger Distanz, vielleicht 100 Meter vom Sender entfernt, aufgestellt ist und beispielsweise über ein Koaxialkabel mit 50 Ohm Wellenwiderstand gespeist wird. Bei jedem Frequenzwechsel des Senders ergibt sich dann die Notwendigkeit einer Neueinstellung des bei der Antenne angeordneten Anpassungsnetzwerkes, was sehr umständlich ist, wenn sie manuell ausgeführt wird und aufwendig ist, wenn sie durch Fernsteuerung geschieht

Aus der US-PS 31 29 386 ist eine Vorrichtung zar automatischen Antennenanpassung bekannt, bei der für eine bestimmte Last und jede vorgesehene Frequenz ein definiertes, vorberechnetes Netzwerk vorgesehen ist, wobei das für eine bestimmte Frequenz benötigte Netzwerk ausgewählt wird, wenn diese Frequenz gesendet werden soll.

Diese aufwendige Lösung ist praktisch nur für sehr kleine Leistungen im Bereich von höchstens einigen Watt brauchbar, da sonst große und schwere Spulenanordnungen erhalten werden würden, die wirtschaftlich nicht mehr zu rechtfertigen sind. Überdies ist bei dieser bekannten Anordnung nur eine stufenweise Frequenzwahl möglich, und die Einzelnetzwerke müssen jeweils für ein definiertes Antennengebilde mit genau vorgegebenen Installations- und Erdungsbedingungen ausgelegt sein. Außerdem benötigt man eine Steuerverbindung zwischen dem Sender und der Auswahlstufe, was in der Praxis Schwierigkeiten bereiten kann, da der Sender häufig in größerer Entfernung von der Antenne mit dem zugeordneten Anpassungsnetzwerk aufgestellt werden muß. Änderungen der Lastimpedanz, z. B. durch Umwelteinflüsse wie Vereisung, kann diese bekannte Anordnung nicht Rechnung tragen, so daß in diesen in der Praxis doch häufig vorkommenden Fällen die Optimierung der Anpassung verlorengehen und damit eine Beschädigung des gesamten Anpassungsnetzwerks durch Überhitzung auftreten kann.

Aus der US-PS 29 81 902 ist eine Schaltungsanordnung zur automatischen Impedanzanpassung für Antennen bekannt, die Einrichtungen zur Grob- und Feinabstimmung des Anpassungsnetzwerks aufweist. Für jeden Grobabstimmungsbereich sind dabei schaltbare Elemente in Form von Spulen und Kondensatoren vorgesehen, wobei die Auswahl der zur Festlegung eines Grobbereichs dienenden Spulen und Kondensatoren durch eine automatische Schaltanordnung erfolgt. Die Feinabstimmung wird dabei mittels zweier Induktivitäten vorgenommen, deren Abgriffe in Abhängigkeit von einem Amplitudendetektor und einem Phasendetektor, die am Eingang des Anpassungsnetzwerks angeordnet sind, gesteuert werden.

Durch die Verwendung einer Grobabstimmung und einer Feinabstimmung wird bei der bekannten Anordnung vor allem eine Verringerung des Aufwands erreicht, aber es kann nicht gewährleistet werden, daß unter den stets möglichen Abstimmungen immer diejenige Abstimmung mit dem größten Wirkungsgrad erreicht wird. Dies kann wiederum dazu führen, daß ein wesentlicher Teil der eigentlich zur Abstrahlung vorgesehenen Energie im Anpassungsnetzwerk verbraucht wird und damit stets die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung dieses Anpassungsnetzwerks in Kauf genommen werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der

eingangs angegebenen Gattung derart auszubilden, daß mit geringem Aufwand und innerhalb kurzer Zeit stets diejenige optimale Anpassung automatisch erreicht wird, die den höchsten Wirkungsgrad erbringt. Diese automatische Anpassung soll dabei in weiten Grenzen kontinuierlich durchführbar sein.

Die gestellte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Anpassungsnetzwerk mit jeweils separat einstellbarer Kopplung, Reaktanzabstimmung und Übersetzung, ausgehend von maximaler Kopplung, Einstellung der Reaktanz auf eine Endstellung ihres Einstellbereiches und minimaler Übersetzung, die Auswahl des Feinabstimmbereichs erfolgt und dabei in mindestens einem Suchlauf der Anfang des Feinabstimmungsbereichs durch Ermittlung eines Null- 1 ■> durchganges eines Impedanzdiskriminatorausgangssignals bei einer vorgegebenen Polarität eines Phasendiskriminatorausgangssignals bestimmt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sowie zweckmäßige Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema für den Anschluß einer Dipolantenne an einen Sender mit einem Anpassungsnetzwerk,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels, Fig.3 ein Arbeitsprogramm eines Ausführungsbeispiels,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Steuergerätes,
F i g. 4A ein Schaltbild eines Steuergerätes,
F i g. 4B ein Schaltbild eines Steuergerätes,
F i g. 5 ein Bezeichnungsschema für NAND-Gatter. J3 F i g. 1 zeigt ein Schaltschema für den Anschluß eines Senders 1 an eine Dipolantenne 2, wobei zwischen Sender 1 und Dipolantenne 2 ein Anpassungsnetzwerk 3 und eine Koaxialleitung 4 geschaltet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Parameter des Anpassungsnetzwerkes 3 variabel, nämlich erstens die Kopplung K zwischen einer Ankopplungsspule 5 mit der Induktivität L\ und einer Schwingkreisspule 6 mit der Induktivität L₂, zweitens ein Kondensator 7 mit der Kapazität CaIs variable Reaktanz A"des LC-Schwingkreises mit Schwingkreisspule 6 und Kondensator 7 und drittens das Übersetzungsverhältnis i7des Anschlusses der Dipolantenne 2 an den LC-Schwingkreis bzw. der Anzapfungen der Schwingkreisspule 6.

Mit Hilfe der genannten drei Parameter K, .Y und Ü ist es je nach den gewählten elektrischen Daten möglich, die Dipolantenne 2 an die gegebene Kabelimpedanz Ro am Ende 8 der Koaxialleitung 4 in einem bestimmten Frequenzbereich f_mm bis /_ma» anzupassen. Im Zusammenhang mit diesem Anpassungsproblem sei auf die folgenden theoretischen Zusammenhänge verwiesen.

Für den Wirkungsgrad η nach erfolgter Anpassung kann abgeleitet werden:

Qi₂ = Gütewert des Sekundärkreises (La, C) mit angeschlossener Antenne.

Ql\ ist somit für eine bestimmte Frequenz /und einen angenommenen Wert für L\ festgelegt.

Es bleibt übrig, den Wert für Qv₁ im Interesse eines hohen Wirkungsgrades möglichst tief zu halten. Die Belastung des Schwingkreises L₂, C durch die Dipolantenne kann dargestellt werden durch eine an die Klemmen 9 und 10 angeschlossene Impedanz, beispielsweise bestehend aus einem Widerstand R_p mit parallel geschalteter Reaktanz

1 Lp bzw.

Qai =

Q»7 =

Q₁, -

Gütewert der Spule Li in unbelastetem Zustand, Gütewert der Spule Li in unbelastetem Zustand, Gütewert des Primärkreises (L\) mit angeschlossener Antenne,

(i) Cp

Das Spannungsübersetzungsverhältnis vom Schwingkreis L₂, C auf die Anschlußklemmen 9, 10 für die Dipolantenne 2 sei mit Ü bezeichnet Ü ist vermittelst eines Umschalters ^einstellbar.

Im Falle einer kapazitiven Antenne ist:

Qu =

O²- R_P

und im Falle einer induktiven Antenne ist:

Qu =

ܲR_P

wobei
und
Das ergibt:

u) · L₂'

L₂ = L₂||L',
Lp = O² Lp

Rp · (L₂ + ܲ Lp)
(D -L₂-Lp

Im kapazitiven, wie im induktiven Fall wird also Ql₂ minimal, wenn Ü minimal ist, d. h. im angenommenen Beispiel O= 1.

Es kann nun aber drei Fälle geben, in denen der Schwingkreis L₂, C des Anpassungsnetzwerkes 3 sich nicht auf die Frequenz / abstimmen läßt (Genau genommen ist der Schwingkreis L₂, Cnicht exakt auf die Frequenz / abzustimmen, vielmehr muß über die Kopplung K vom Schwingkreis La, C eine kapazitive Komponente in den Primärkreis übertragen werden, um diesen Primärkreis reell zu machen.)

Die drei Fälle, in denen die Abstimmung des Schwingkreises L₂, C auf die Frequenz /unmöglich ist, sind:

1. bei kapazitiver Antenne: Cp ist zu groß, d.h., der Minimalwert C_mm des Kondensators ist zu groß;

2. bei induktiver Antenne: L_p ist zu klein, d. h, der Maximalwert CW, des Kondensators Creicht nicht aus für die Abstimmung;

3. die maximal einstellbare Kopplung zwischen Li und L;> ist zu klein, um folgende bei Anpassung gültige Bedingung erfüllen zu können:

Ro ■= K² · Ql? · ω · Li

In jedem dieser drei Fälle kann durch Vergrößerung von O (= niedrigere Anzapfung an Li mit Schalter 5 einstellen) Abhilfe geschaffen werden:

1. bei kapazitiver Antenne wird die zu L₂ parallellie-

gende transformierte Antennenkapazität Cp = -pry

2. bei induktiver Antenne wird die zu Li parallelliegende transformierte Antenneninduktivität Lp = LP- Lp;

3. im Falle der zu kleinen Kopplung K wird Ql₂ vergrößert, weil der zu L2 parallelliegende Transformierte Antennenwiderstand Rp — (ß · Rpist.

Aus der Beziehung R₀ = K? ■ Ql₂ ■ ω L\ ist auch klar, daß bei vorgegebenen Werten von Ro (Kabelimpedanz), ω und L\ große Werte von K kleine Werte von Ql₂ ermöglichen, die ihrerseits zu einem guten Wirkungsgrad η führen.

Aus den vorstehenden theoretischen Überlegungen und aus der praktischen Erfahrung ergibt sich eine besonders vorteilhafte Reihenfolge der Manipulationen der im Anpassungsnetzwerk 3 vorhandenen Organe zur Einregulierung der optimalen Anpassung der Antennenimpedanz an eine gegebene Impedanz A₀ unter Zuhilfenahme eines Phasendiskriminators 11 und eines Impedanzdiskriminators 12 am Eingang des Anpassungsnetzwerkes 3.

Der Phasendiskriminator 11 bekannter Art vergleicht die Phasenlage von Spannung und Strom am Eingang 8' des Anpassungsnetzwerk.es 3 (d. h. am Ende 8 der Koaxialleitung 4), wenn vom Sender 1 Hochfrequenzleistung über das Anpassungsnetzwerk 3 an die Antenne 2 geliefert wird.

Der Impedanzdiskriminator 12 bekannter Art stellt am Eingang 8' zum Anpassungsnetzwerk 3 (d. h. am Ende 8 der Koaxialleitung 4) fest, welche Impedanz herrscht. Zu diesem Zwecke bildet der Impedanzdiskriminator 12 das Verhältnis Z des absoluten Spannungswertes zum absoluten Stromwert am Eingang zum Anpassungsnetzwerk 3, wenn vom Sender 1 Hochfrequenzleistung über das Anpassungsnetzwerk 3 an die Antenne 2 geliefert wird.

Die Diskriminatoren 11 und 12 werden vorteilhafterweise so ausgebildet, daß

a) der Phasendiskriminator 11 für die Phasenlage Null Ausgangsspannung Null abgibt. Bei von Null abweichender Phasenlage ist dann die Ausgangsspannung je nach Phasenlage positiv oder negativ;

b) der Impedanzdiskriminator 12 beim Erreichen des Wertes Z = Ro eine Ausgangsspannung Null abgibt; wobei R₀ = Impedanz, an welche die Antenne 2 anzupassen ist, beispielsweise Ausgangsimpedanz Ro der Koaxialleitung 4. Bei von Ro abweichendem Wert von Z gibt dann der Impedanzdiskriminator 12 eine positive bzw. negative Ausgangsspannung ab.

Vorteilhafterweise erfolgt der Anpassungsvorgang mit reduzierter Sendeleistung. Volle Sendeleistung wird zweckmäßigerweise erst nach erfolgter Anpassung auf das Anpassungsnetzwerk gegeben.

Der Ansqhluß des Phasendiskriminators 11 erfolgt beispielsweise zweckmäßigerweise so, daß er eine positive Ausgangsspannung abgibt, wenn die drei Organe des Anpassungsnetzwerkes 3 für die Kopplung K₁ das Übersetzungsverhältnis Üund für die Reaktanz X des Schwingkreises La, C der Kondensator C in der weiter unten (siehe A: 1.2.3.) beschriebenen Anfangsposition stehen.

Die einzelnen Schritte, die zur optimalen Anpassung vorzunehmen sind, lassen sich beispielsweise drei Etappen zuordnen.

In der ersten Etappe werden definierte Anfangsbedingungen — für die Einstellung der Einstellorgane für die Kopplung K, die Reaktanzabstimmung A"und für das Übersetzungsverhältnis Ü — erfüllt.
In der anschließenden zweiten Etappe wird eine Grobabstimmung — beispielsweise durch Variation der Kapazität C des Kondensators 7 (vgl. Fig. 1) vorgenommen.

Um die Grobabstimmung zu erreichen, ist es — je nach den vorliegenden Verhältnissen — beispielsweise auch erforderlich, das Übersetzungsverhältnis Üstufenweise zu verändern.

Die zweite Etappe endet mit dem Auftreten des

ersten Polaritätswechsels — d. h. Nulldurchganges — der Ausgangsspannung des Impedanzdiskriminators 12, der sich anläßlich der in dieser Etappe vorgenommenen Grobabstimmung ergibt.

Die Variation des Einstellorgans für die Reaktanzabstimmung — beispielsweise des Kondensators 7 (vgl. Fig. 1) — aus einer Endstellung heraus in Richtung auf die entgegengesetzte Endstellung wird in dieser Etappe im weiteren mit Suchlauf bezeichnet.

Die einzelnen Schritte zur Erzielung optimaler Anpassung sind beispielsweise der Reihe nach die folgenden:

1. Etappe:
Herstellung der Anfangsbedingungen A

1. Kopplung K auf K_max stellen,

2. variablen Kondensator 7Cauf C_max stellen,

3. Schalter 5 auf Ü_min stellen.

2. Etappe:
Grobabstimmung

4. Erster Suchlauf B:

Variablen Kondensator von C_max gegen C_m/„ verändern bis Impedanzdiskriminaitor 12 eine Ausgangsspannung Null gibt und gleichzeitig die Phasendiskriminator-Ausgangsspannting negativ ist, d. h. entgegengesetzte Polarität gegenüber der Anfangsposition aufweist. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, ist C vorerst in dieser Stellung zu belassen. Die 2. Etappe ist dann abgeschlossen.

3. Etappe:
Feinanpassung und Feinabstimmung

5. Nun wird die Kopplung K zwischen L\ und L₂ so weit verringert, bis die Phasendiskriminator-Ausgangsspannung auf Null geht. (Die Impedanzdiskriminator-Ausgangsspannung geht dabei wieder von Null weg.) Der Änderungssinn (d. h. Vergrößerung bzw. Verkleinerung von K des Kopplungsantriebes) muß dabei fest mit der jeweiligen Polarität der Ausgangsspannung des Phasendiskriminators verbunden sein.

6. Weitere Veränderung (Verkleinerung) von C₁ bis die Impedanzdiskriminator-Ausgangsspannung gleich Null ist. Der Änderungssinn (d. h. Vergrößerung bzw. Verkleinerung von C) des Kondensatorantriebes (C) ist fest an die Polarität des Impedanzdiskriminators gebunden.

7. Abwechslungsweise werden nun K und C durch Wiederholung der Schritte 5 und 6 verstellt, bis beide Diskriminator-Ausgangsspannungen Null sind. (Es ist aber auch möglich, ab Schritt 4 die Parameter Kopplung K und Abstimmung X simultan zu verändern.) Damit ist die 3. Etappe beendet und die Anpassung Z = Ro vollzogen. Wenn im ersten Suchlauf (C variiert von C_m.« nach Cmin) die geforderten zwei Bedingungen (Ausgangsspannung des Impedanzdiskriminators gleich Null, Phasendiskriminator-Ausgangsspannung positiv) nicht erfüllt werden, wird ein zweiter Suchlauf durchgeführt.

8. Zweiter Suchlauf C:

Beim Erreichen der Endstellung C„„„ wird mit dem Schalter S das Übersetzungsverhältnis O auf die nächsthöhere Stufe gestellt und während des zweiten Suchlaufs (Durchlaufen von C vom Wert Cmin nach C_ma*) wird geprüft, ob die unter 4. genannten Bedingungen erfüllt werden. Ist dies der Fall, so wird durch Wiederholung der Schritte 5 und 6 in der neuen Stellung von 5 die Anpassung Z— Ro bewirkt. Trifft dies hingegen nicht zu, so erfolgt ein weiterer Suchlauf.
9. Dritter Suchlauf D:

Wenn auch im zweiten Suchlauf (C von C_mm nach Cmax variiert) die unter 4. erwähnten Bedingungen nicht erfüllt werden, wird nach Erreichen des Wertes C = C_max der Schalter 5 in die nächsthöhere Stufe für das Übersetzungsverhältnis Ü verbracht und der dritte Suchlauf D (Cvon C_max nach Cmin variiert) vorgenommen. Anschließend folgt die Wiederholung der Schritte 5,6 und 7.
Gegebenenfalls folgt ein weiterer Suchlauf E.
Die Suchläufe (B, C, D usw.) sind so lange mit stufenweiser Vergrößerung von Ü fortzusetzen, bis in einer Stufe Anpassung erzielt wird.
Ist dies in keiner Stufe möglich, so reichen die Parameter (bzw. ihre Variationsmöglichkeiten) des Anpassungsnetzwerkes 3 nicht aus, um die Impedanz der Antenne 2 bei der vorliegenden Frequenz an die gegebene Impedanz Ro optimal anzupassen.

Das vorstehend beschriebene Verfahren führt immer schnell und sicher — im Rahmen des Anpassungsbereiches des Anpassungswerkes — zur optimalen Anpassung.

Es ist darauf hinzuweisen, daß, beispielsweise ein (anderes) Verfahren mit je einem Phasen- und einem Impedanz-Diskriminator, bei welchem aufgrund der Ausgangsspannung des einen Diskriminators die Kopplung K gesteuert und aufgrund des andern Diskriminators das reaktive Element, beispielsweise C, des Sekundärkreises (Li, C) betätigt wird, in vielen Fällen nicht zur Anpassung führt, weil oft mehrere Nulldurchgänge der Diskriminatorausgangsspannungen möglich sind.

Die Größe und die Anzahl der notwendigen Werte für das Übersetzungsverhältnis Ü sind, wie bekannt, durch das Verhältnis der vorkommenden maximalen Antennenimpedanz sowie durch den noch zulässigen kleinsten Wirkungsgrad und durch den maximal erreichbaren Wert des Kopplungsgrades K bestimmt.

Mit einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 konnte mit fünf Anzapfungen an der Induktivität Li eine Dipolantenne mit einer Länge von 2 χ 25 Metern im Frequenzbereich von 1.5 bis 10 MHz bei einem maximalen Stehwellenverhältnis von 1,2 der Koaxialleitung 4 Anpassung erzielt werden.

Wenn der Frequenzbereich, in welchem die automatische Anpassung erfolgen soll, kleiner ist, beispielsweise etwa 1 :2, kann eine Vereinfachung dadurch erzielt werden, daß im Anpassungsprogramm nach dem ersten Suchlauf nicht auf die zweite Anzapfung an Li geschaltet wird, sondern die im ersten Suchlauf parallel zum Kondensator C liegende Antennenlast beim

ίο zweiten Suchlauf in Serie zu Serieschaltung von Li und C geschaltet wird.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Von einem als bekannt vorausgesetzten und daher nicht detailliert gezeichneten Sender 1 wird Hochfrequenzenergie über die Koaxialleitung 4 via ein Anpassungsnetzwerk 3 an eine Dipolantenne 2 geliefert. Das Anpassungsnetzwerk 3 bzw. seine Parameter: Kopplung K, Reaktanzabstimmung X und Überset-

zungsverhältnis Ü sind so einzustellen, daß sich der maximale Wirkungsgrad η ergibt.

An ihrem Ende 8 soll die Koaxialleitung 4 mit der Impedanz Ro belastet werden. Das Anpassungsnetzwerk muß die Antennenimpedanz Z_x bei der Arbeitsfrequenz demzufolge auf den Wert Ro am Eingang 8' des Anpassungsnetzwerkes transformieren. Das Ende der Koaxialleitung 8 liegt unmittelbar am Eingang 8' des Anpassungsnetzwerkes 3. Am Eingang 8' des Anpassungsnetzwerkes 3 sind der Phasendiskriminator 11 und

ω der Impedanzdiskriminator 12 angeschlossen.

Zur automatischen Durchführung der früher erwähnten Schritte besitzt ein Steuergerät 13 einen ersten Steuereingang 14, an welchem die am Ausgang 16 des Phasendiskriminators 11 herrschende Ausgangsspan-

r. nung Up und einen zweiten Steuereingang 15, an welchem die am Ausgang 17 des Impedanzdiskriminators 12 herrschende Ausgangsspannung Ui liegt.

Ein erster Steuerausgang 18 des Steuergerätes 13 ist über eine Steuerverbindung 18' mit einem Einstellorgan

κι 19 für die Kopplung K (beispielsweise der Spulen 5 und 6 gemäß F i g. 1) verbunden. Ein zweiter Steuerausgang 20 ist über eine Steuerverbindung 20' mit einem Einstellorgan 21 für die Reaktanzabstimmung X, d. h. der Abstimmung (beispielsweise des Kondensators 7

4^r> gemäß Fig. 1) eines Schwingkreises (beispielsweise Li Cin F i g. 1) verbunden.

Gegebenenfalls ist ein dritter Steuerausgang 22 über eine Steuerverbindung 22' mit einem Einstellorgan 23 zur Veränderung eines Übersetzungsverhältnisses Ü

5(i (beispielsweise eines motorisch angetriebenen Schalters S zur Variation des Abgriffes an der Schwingkreisspule 6gemäß Fig. 1) verbunden.

Anstelle der in Fig. 1 gezeichneten variablen induktiven Kopplung zwischen dem Eingang 8' des

Vi Anpassungsnetzwerkes und dem Schwingkreis Li C kann in bekannter Weise auch vermittelst Kondensatoren eine variable Kopplung K erreicht werden. Ebenso ist es in bekannter Weise beispielsweise auch möglich, das Übersetzungsverhältnis Ü durch kapazitive Span-

w) nungsteilung zu realisieren.

Schließlich kann auch anstelle oder zusätzlich zur Kapazität C des Kondensators 7 (vgl. Fig. I) die Induktivität Li der Spule 6 (vgl. F i g. 1) zur Abstimmung des Schwingkreises Li C veränderbar sein.

(i5 Über Verbindungen S9\ 2V und 23' wird die Stellung der genannten Einstellorgane 19 für die Kopplung K, 21 für die Abstimmung X und 23 für das Übersetzungsverhältnis Ü an Eingänge 24 bzw. 25 bzw. 26 des

Steuergerätes 13 zurückgemeldet. Die Verbindungen 19' bzw. 21' bzw. 23' können entfallen, wenn bereits, wie das beispielsweise bei mechanischen Steuerverbindungen 18' bzw. 20' bzw. 22' der Fall sein kann, am Zustand bzw. der Stellung der genannten Steuerverbindungen auf Seite des Steuergerätes die Einstellung der Einstellorgane 19 bzw. 21 bzw. 23 zu erkennen ist. Die Steuerverbindungen 18', 20' und 22' können beispielsweise auch elektrischer Natur sein.

Die Einstellorgane können beispielsweise durch Motoren betätigt sein. Zur Einstellung der Kopplung bewegt ein Motor beispielsweise die Primärspule 5 relativ zur Sekundärspule 6. Zur Einstellung des Kondensators 7 bewegt ein Motor einen Plattensatz eines Dreh- oder Tauchkondensators relativ zu einem anderen Plattensatz des betreffenden Kondensators. Zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses Ü ist es besonders vorteilhaft, einen motorbetätigten Stufenschalter 5 zu verwenden, welcher an Anzapfungen der Spule 6 angeschlossen ist.

Die zum Betrieb des Steuergerätes 13 nötige Energie kann ihm beispielsweise über die Koaxialleitung 4 zugeführt werden. Dazu wird die Koaxialleitung 4 über eine Leitung 27 via ein Anschlußgerät 28, beispielsweise ein Tiefpaßfilter, an den Anschluß 29 für die Betriebsspannung des Steuergerätes 13 vermittelst einer Leitung 30 angeschlossen.

F i g. 3 zeigt das Arbeitsprogramm eines Ausführungsbeispiels eines Steuergerätes 13 mit einem Anpassungsnetzwerk 3. Im Anpassungsnetzwerk 3 jo erfolgt hierbei die Einstellung der Kopplung K zwischen der Primärspule 5 und der Sekundärspule 6 (vgl. F i g. 1) kontinuierlich mit dem Einstellorgan 19. Die Abstimmung des Schwingkreises Li C (vgl. Fig. 1) erfolgt durch stetige Variation der Kapazität C des Kondensa- J5 tors 7 vermittelst Einstellorgan 21. Das Übersetzungsverhältnis L/ist vermittelst des an Anzapfungen an der Sekundärspule 6 angeschlossenen Schalters S in fünf Stufen I, II, III, IV und V vermittelst des Einstellorgans 23 veränderbar. (In Fig. 1 sind nur drei der fünf Stufen gezeichnet.)

Im Arbeitsprogramm gemäß Fig.3 sind, ausgehend von der Startstellung K = max, C = max, 5 = Stufe I, die Schritte dargestellt, welche das Steuergerät 13 der Reihe nach in Abhängigkeit von den jeweiligen 4¹J Verhältnissen und Bedingungen durchzuführen hat.

Dieses Arbeitsprogramm läßt sich nun beispielsweise mit einer logischen elektrischen Schaltung durchführen. Ein Ausführungsbeispiel einer logischen Schaltung für das Steuergerät 13 für ein Arbeitsprogramm gemäß w F i g. 3 ist in F i g. 4 dargestellt.

Fig.4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergerätes 13.

Das Steuergerät 13 enthält eine Antriebseinheit 13a, eine dieser Antriebseinheit zugeordnete Steuerlogik ιί 136 sowie eine der Steuerlogik 136 und der Antriebseinheit 13a zugeordnete Startlogik 13c. Der Steuerlogik ist ferner eine Phasenlogik 13c/sowie eine Impedanzlogik 13e zugeordnet.

Die Steuerausgänge 18 bzw. 20 bzw. 22 des mi Steuergerätes 13 sind über die Steuerverbindungen 18' bzw. 20' bzw. 22' mit den (in F i g. 4 nicht gezeichneten) Einstellorganen 19 bzw. 21 bzw. 23 des Anpassungsnetzwerkes 3 verbunden (vgl. F i g. 2). Als Steuerverbindungen 18', 20' und 22' dienen beispielsweise Antricbswel- μ len, welche in der Antriebseinheit 13,1 enthaltene Motoren 19a, 196; 21a, 216 und 23« mil den Einstcllorgancn 19,21 und 23 im Anpassungsnetzwerk 3 kuppeln.

Die Moloren 19*· bzw. 196 dienen der Betätigung des Einstellorgans 19 für die Kopplung K, wobei der Motor 19a — wenn eingeschaltet — die Kopplung vermindert und der Motor 196 — wenn eingeschaltet — die Kopplung vergrößert. In analoger Weise dient der Motor 21a — wenn eingeschaltet — der Verminderung der Kapazität des Kondensators C und der Motor 2ib — wenn eingeschaltet — der Vergrößerung dieser Kapazität.

Selbstverständlich könnte auch anstelle der beiden Motoren 19a und 196 bzw. 21a und 216 jeweils nur ein Motor mit umkehrbarer Drehrichtung benützt werden.

Den Einstellorganen 19 für die Kopplung K und 21 für die Reaktanzabstimmung X sind Endschalter zugeordnet, welche jeweils beim Erreichen von Endstellungen des Einstellbereiches dieser Organe betätigt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht über die Steuerverbindungen 18' bzw. 20' eine starre Verbindung zwischen den Motoren 19a, 196 bzw. 21a, 21 b und den von ihnen zu betätigenden Organen, wobei die genannten Endschalter in der Antriebseinheit 13a den von ihr ausgehenden Steuerverbindungen 18' bzw. 20' zugeordnet sind.

Das Einstellorgan 23 für das Übersetzungsverhältnis Ü ist im vorliegenden Alisführungsbeispiel ein Stufenschalter S, der von einem Motor 23a in der Antriebseinheit 13a über die Steuerverbindung 22' betätigt wird. Dem Einstellorgan 23 bzw. der zugehörigen Steuerverbindung 22' ist ein Überwachungsschalter für die von ihm tatsächlich eingenommene Stellung zugeordnet.

Mit Hilfe der Steuerlogik 136 werden die Motoren 19a, 196; 21a, 216 und 23a während des Anpassungsvorganges von Fall zu Fall ein- bzw. ausgeschaltet.

In F i g. 4 sind die Verbindungen zwischen den einzelnen Teilen des Steuergerätes 13 der besseren Übersichtlichkeit wegen nur schematisch und stark vereinfacht dargestellt.

Die Antriebseinheit 13a ist über Leitungen 13' mit der Startlogik 13c verbunden. Über die Leitungen 13' werden der Startlogik 13c vermittelst der früher erwähnten Endschalter der Einstellorgane 19 und 21 sowie vermittelst des Überwachungsschalters des Einstellorgans 23 bestimmte Stellungen dieser Organe gemeldet.

Die Startlogik 13c ist über Leitungen 13" mit der Steuerlogik 136 verbunden. Über diese Leitungen 13" werden der Steuerlogik 136 von der Startlogik 13c diejenigen Signale zugeführt, deren sie bedarf, um über die Leitungen 19a', 196', 21a', 216'und 23a'die Motoren der Antriebseinheit 13a temporär einzuschalten.

Die Phasenlogik 13c/ ist über Leitungen 13'" mit der Steuerlogik 136 verbunden. Über diese Leitungen 13'" werden der Steuerlogik 136 von der Phascnlogik 13c/ diejenigen Signale zugeführt, deren sie bedarf, um über die Leitungen 19a', 196', 21a'und 216'die Motoren der Einstellorgane 19 und 21 in der Antriebseinheit 13<? in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Phasendiskriminators 11 (vgl. F i g. 2) ein- oder auszuschalten.

Die Impedanzlogik 13e ist über Leitungen 13"" mit der Steuerlogik 136 verbunden. Über diese Leitungen 13"" worden der Steuerlogik 136 von der Impedanzlogik 13e diejenigen Signale zugeführt, deren sie bedarf, um über die Leitungen 19a', 196', 21a' und 216' die Motoren der Einstellorgane 19 und 21 in der Antriebseinheit 13a in Abhängigkeit von der Ausgiingsspannung des Impednnzdiskriminutors 12 (vgl. Fig. 2)

ein- oder auszuschalten.

Dem Steuergerät 13 wird die Ausgangsspannung des Phasendiskriminators 11 an die Eingangsklemme 14 und die Ausgangsspannung des Inpedanzdiskriminators 12 an die Eingangsklemme Ii. zugeführt.

Die Fig.4A zeigt ein ausführliches Schaltbild des Steuergerätes 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Als logische Bausteine der Schaltung sind ausschließlich NAND-Tore verwendet.

Die für die erste Etappe des Anpassungsvorganges, ι ο d. h. für die Herstellung der Anfangsbedingungen A maßgeblichen Schaltungsteile sind in Fig.4A mit größerer Strichstärke markiert. Beim Einschalten des Steuergerätes wird ihm an eine Klemme 29' ein Startsignal zugeführt, das vorzugsweise gegenüber dem Zeitpunkt des Anlegens der Betriebsspannung zeitlich verzögert ist. Diese Verzögerung dient dazu, um zu verhindern, daß das Startsignal auftritt, bevor die maßgeblichen logischen Bausteine den für den Betriebsbeginn maßgeblichen Schaltzustand erreicht haben. Durch das Startsigna! an der Klemme 29' wird über eine Leitung 50 ein aus den NAND-Gattern 51 und 52 bestehendes Flip-Flop 53 gesetzt. Durch das Setzen des Flip-Flops 53 wird über eine Leitung 54 und ein NAND-Gatter 55 ein steuerbares Halbleiterelement 56, beispielsweise ein TRIAC, gezündet, wodurch der Motor 196 an eine an den Klemmen 57 und 58 liegende Wechselspannung U~ angeschlossen wird. Der Motor \9b bewegt dadurch das Einstellorgan 19 für die Kopplung in Richtung auf seine Maximalstellung. jo

Über die Leitung 54 und ein NAND-Gatter 59 wird außerdem ein steuerbares Halbleiterelement 60, beispielsweise ein TRIAC, gezündet, wodurch der Motor 21 b ebenfalls an die an den Klemmen 57 und 58 liegende Wechselspannung LL angeschlossen wird. Der Motor js 21 b bewegt dadurch das Einstellorgan 21 für die Abstimmung gegen seine Maximalstellung.

Über eine Leitung 61, ein NAND-Gatter 62 und eine weitere Leitung 63 und ein weiteres NAND-Gatter 64 wird ein weiteres steuerbares Halbleiterelement 65, beispielsweise ein TRIAC, gezündet, wodurch der Motor 23a an die Wechselspannung U~ angelegt wird. Der Motor 23a bewegt dadurch den Schalter 5 gegen seine Stellung I, d. h. in Richtung des minimalen Übersetzungsverhältnisses Ü.

Bei Erreichung der Stellung K_max legt der zugehörige Endschalter an eine Klemme 66 das logische Signal 0. Über ein NAND-Gatter 67 wird dadurch einem ersten Eingang eines weiteren NAN D-Gatters 68 das logische Signal 1 zugeführt. Bei Erreichung der Stellung C_max legt der zugehörige Endschalter eine Klemme 69 an das logische Signal 0. Über ein NAND-Gatter 70 wird dadurch einem zweiten Eingang des NAND-Gatters 68 ebenfalls das logische Signal 1 zugeführt. Bei Erreichung der Schalterstellung I des Schalters S wird durch den zugehörigen Überwachungsschalter an eine Klemme 71 das logische Signal 0 gelegt. Über ein weiteres NAND-Gatter 72 erhält dann auch der dritte Eingang des NAND-Gatters 68 das logische Signal 1, wodurch sein Ausgang 73 das logische Signal 0 führt. Dieses t>o logische Signal 0 wird über eine Leitung 74 einem Eingang des zum Flip-Flop 53 gehörenden NAND-Gatters 52 geführt, wodurch dieses Flip-Flop kippt. In der Folge werden, wie leicht ersichtlich ist, die zuvor eingeschalteten Motoren 196, 2\b und 23a wieder t>5 abgeschaltet. In entsprechender Weise wird auch einer Klemme 75 vom Überwachungsschalter für den Schalter S, wenn dieser auf Stellung I angelangt ist, das logische Signal 0 zugeführt. Über eine Leitung 76 über das NAND-Gatter 62 sowie die Leitung 63 und das NAND-Gatter 64 wird demzufolge das steuerbare Halbleiterelement 65 nicht mehr weiter gezündet, so daß der Motor 23a abgeschaltet wird.

Das Kippen des Flip-Flops 53 beendet nicht nur die erste Etappe, sondern es markiert gleichzeitig den Anfang der zweiten Etappe, beginnend mit dem vierten Schritt, d. h. dem ersten Suchlauf B.

Anhand der Fig.4B wird nunmehr der Ablauf des Suchlaufes B beschrieben.

Im vierten Schritt wird der Kondensator 7 (vgl. Fig.2) (welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Organ 21 für die Reaktanzabstimmung X darstellt) von seiner Stellung maximaler Kapazität in Richtung nach seiner Stellung minimaler Kapazität verändert. Dies geschieht durch zeitweise Einschaltung des Motors 21a. Diese Einschaltung kommt wie folgt zustande:

Wenn am Ende der ersten Etappe das Flip-Flop 53 nach Erreichung der Anfangsbedingungen A kippt, wird vom Ausgang des NAND-Gatters 52 das logische Signal 1 über die Leitung 54 an einen ersten Eingang eines NAND-Gatters 77 geführt. Wenn am Ende der ersten Etappe der Schalter Sseine Stellung I exakt erreicht hat, so legt der dem Sch;· Her 5 zugeordnete Überwachungsschalter an eine Klemme 78 und damit an einen Eingang eines NAND-Gatters 79 das logische Signal 0. An dessen Ausgang erscheint das logische Signal 1, welches über eine Leitung 80 einem zweiten Eingang des NAND-Gatters 77 zugeführt wird. Einem dritten Eingang des NAND-Gatters 77 wird das logische Signal 1 über eine Leitung 81 vom Ausgang eines NAND-Gatters 82 zugeführt. Das NAND-Gatter 82 bildet zusammen mit einem weiteren NAND-Gatter 83 ein Flip-Flop 84. Das Flip-Flop 84 wird analog wie das früher erwähnte Flip-Flop 53 durch das Startsignal an der Klemme 29' über die Leitung 50' gesetzt, und es wird in Abhängigkeit von der Erfüllung der Anfangsbedingungen A sowie definierter Polaritäten der Diskriminatorausgangsspannungen zurückgestellt. An eine Klemme 85 und damit an einen Eingang eines NAND-Gatters

86 wird vom Endschalter des Kondensators 7 in dessen Maximumstellung das logische Signal 0 zugeführt. Vom Ausgang des NAND-Gatters 86 führt dann eine Leitung

87 zu einem vierten Eingang des NAND-Gatters 77 das logische Signal 1. - Das NAND-Gatter 86 bildet zusammen mit einem weiteren NAND-Gatter 88 ein Flip-Flop 89.

Sobald alle vier Eingänge des NAND-Gatters 77 das logische Signa] 1 führen, gibt sein Ausgang 90 das logische Signal 0 über eine Leitung 91 an einen Eingang eines NAND-Gatters 92. Durch das Ausgangssignal des NAND-Gatters 92 wird dann ein steuerbares Halbleiterelement 93, beispielsweise ein TRIAC, gezündet, so daß in der Folge der Motor 21a an die an den Klemmen 57 und 58 liegende Wechselspannung U~ gelegt wird. Der Motor 21a bewegt daraufhin den Kondensator 7 in Richtung seines minimalen Kapazitätswertes.

Läßt sich die optimale Anpassung bereits in diesem 4. Schritt realisieren, so äußert sich dies nach dem früher Gesagten dadurch, daß während der Verkleinerung der Kapazität des Kondensators 7 die Ausgangsspannung U, des Impedanzdiskriminators 12 einen Nulldurchgang aufweist. Die Ausgangsspannung U, des Impedanzdiskriminators 12 wird dem Steuergerät 13 bzw. der darir enthaltenen Impedanzlogik 13e (vgl. Fig.4) an eine Klemme 15 zugeführt. Die Impedanzlogik 13e ist im

vorliegenden Ausführungsbeispiel elektrisch symmetrisch aufgebaut Über je einen Vorwiderstand 101 bzw. 102 wird die Ausgangsspannung U, des Impedanzdiskriminators 12 zwei Operationsverstärkern 103 bzw. 104 zugeführt Der Arbeitspunkt der beiden Operationsverstärker 103 und 104 ist durch j» eine SpannungsteileranorHv.ing 105 bzw. 106 in bekannter Weise einstellbar. Z jfolge des hohen Verstärkungsfaktors der Operationsverstärker 103 und 104 werden diese durch die angelegte analoge Ausgangsspannung Lftdes Impedanz- ι ο diskriminators 12 mit Ausnahme eines sehr engen Bereiches um den Nulldurchgang der Spannung U-, gesättigt, so daß an den Ausgängen 107 bzw. 108 der Operationsverstärker 103 und 104 digitale Signale auftreten. Diese digitalen Ausgangssignale sind abhän- is gig von der Polarität der Spannung Ui. Nur in einem sehr engen Bereich um den Nulldurchgang der Spannung U-, führen beide Ausgänge 107 und 108 der Operationsverstärker 103 und 104 die Ausgangsspannung 0. Durch Inversion in den den Operationsverstär- kern 103 und 104 nachgeschalteten NAND-Gattern 109 und 110 ergibt sich somit nur für den erwähnten sehr engen Bereich bei Nulldurchgang der Spannung t/, gleichzeitiges Auftreten des logischen Signals 1 an den beiden Ausgängen 111 und 112 der beiden NAND-Gatter 109 und 110.

Über die Leitung 113 bzw. 114 ist der Ausgang 111 bzw. 112 des NAND-Gatters 109 bzw. 110 mit je einem Eingang eines NAND-Gatters 115 verbunden, dessen Ausgang 116 somit nur im sehr engen Bereich um den Nulldurchgang der Spannung U-, das logische Signal 0 führt Über ein NAND-Gatter 117 wird das Ausgangssignal des NAND-Gatters 109 invertiert. Über ein NAND-Gatter 118 wird das Ausgangssignal des NAND-Gatters 110 invertiert. Die Ausgangssignale der NAND-Gatter 115,117 und 118 stellen die Ausgangssignale der Impedanzlogik 13edar. Diese werden über die Leitungen 119, 120 und 121 bestimmten weiteren NAND-Gattern des Steuergerätes 13 zugeführt (Die Leitungen 119,120 und 121 sind in F i g. 4 gesamthaft als Verbindungen 13"" bezeichnet)

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß durch die Signale auf der Leitung 119 der Nulldurchgang der Spannung U,- gemeldet wird, während die Signale auf den Leitungen 120 und 121 Ober die Polarität der Spannung £/, Aufschluß geben.

Die Phasenlogik i3d weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau auf wie die Impedanzlogik 13e. Die sich entsprechenden Schaltelemente sind dabei mit einer gegenüber der Impedanzlo- gik 13e um 100 höheren Positionsziffer markiert, d. h. mit 201... 221.

Die Ausgangssignale der NAND-Gatter 215,217 und 218 stellen die Ausgangssignale der Phasenlogik 13c/ dar. Diese werden über die Leitungen 219,220 und 221 bestimmten weiteren NAND-Gattem des Steuergerätes 13 zugeführt. (Die Leitungen 219,220 und 221 sind in F i g. 4 gesamthaft als Verbindungen 13'" bezeichnet.)

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß durch die Signale auf der Leitung 219 der Nulldurchgang der Spannung U_p gemeldet wird, während die Signale auf den Leitungen 220 und 221 über die Polarität der Spannung U_p Aufschluß geben.

Die Ausgangssignale der Phasenlogik 13d und der Impedanzlogik 13e sowie Signale, welche von der ts jeweiligen Stellung der genannten End- bzw. des Überwachungsschalters abhängig sind, werden miteinander logisch verknüpft, derart, daß das Programm gemäß F ig. 3 abläuft

Der Übersicht wegen sind in Fig.4B nicht alle Eingänge tmd Ausgänge der NAND-Gatter der logischen Schaltung gesondert bezeichnet Für die Bezeichnung der einzelnen Eingänge und des Ausganges wird im folgenden, soweit erforderlich, die Bezeichnung gemäß F i g. 5 vorausgesetzt

Zum Zwecke der logischen Verknüpfung ist der Ausgang 116 bzw. 216 des NAND-Gatters 115 bzw. 215 über eine Leitung 119 bzw. 219 mit je einem Eingang eines NAND-Gatters 122 bzw. 222 verbunden. Das NAND-Gatter 122 und das NAND-Gatter 222 sind zu einem Flip-Flop 123 zusammengeschaltet Außerdem wird das Ausgangssignal des NAND-Gatters 115 über die Leitung 119 auch einem NAND-Gatter 124 zwecks Inversion zugeführt und von dessen Ausgang 125 über eine Leitung 126 an einen Eingang b (vgl. F i g. 5) eines NAND-Gatters 127 geleitet Einem Eingang a des NAND-Gatters 127 wird über die Leitung 220 außerdem das Ausgangssignal des NAND-Gatters 217 in der Phasenlogik 13d zugeführt, während ein Eingang c des NAND-Gatters 217 ein im NAND-Gatter 79 invertiertes Signal von der Klemme 78 erhält. An die Klemme 78 ist jedoch, wie bereits früher erwähnt, der Überwachungsschalter angeschlossen, welcher die exakte Stellung des Schalters Süberwacht.

Nur wenn alle drei Eingänge a, b, c (vgl. F i g. 5) des NAND-Gatters 127 das Signal 1 führen, geht sein Ausgang 128 auf logisch 0. Über eine Leitung 129 wird dieses Signal einem weiteren NAND-Gatter 130 zwecks Inversion zugeführt Der Ausgang 131 dieses NAND-Gatters 130 ist über eine Leitung 132 mit einem Eingang a eines NAND-Gatters 133 verbunden, dessen anderer Eingang b mit dem Flip-Flop 53 verbunden ist. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 133 gelangt über das NAND-Gatter 83, welches ein Teil des Flip-Flops 84 ist, zu dessen Ausgang 134 und von da über eine Leitung 135 an die Eingänge cder vier NAND-Gatter 136,137, 138 und 139. Jedes dieser vier NAND-Gatter ist über ein weiteres NAND-Gatter 140 bzw. 55 bzw. 92 bzw. 59 einem steuerbaren Halbleiterelement, beispielsweise einem TRIAC 141 bzw. 56 bzw. 53 bzw. 60, zugeordnet. Über diese vier steuerbaren Halbleiterelemente sind die Motoren 19a bzw. 196, 21a bzw. 21 b temporär an die an die Klemmen 57 und 58 liegende Wechselspannung U~ anschaltbar.

Über die beiden NAND-Gatter 136 und 137 und die nachgeschalteten NAND-Gatter 144 und 55 werden die Motoren für die Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Kopplung K gesteuert. Über die beiden NAND-Gatter 138 und 139 und die nachgeschalteten NAND-Gatter 92 und 59 werden die Motoren für die Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Kapazität C gesteuert Je nach dem Schaltzustand des Flip-Flops 123 wird entweder die Kopplung oder die Kapazität verändert. Über die Leitung 135 wird allen vier NAND-Gattern 136 bis 139 ein Signal zugeführt, das die genannten NAND-Gatter in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung Up, vom Nulldurchgang der Spannung U, und von der korrekten Stellung des Schalters 5 steuert. Durch diese Verknüpfung der genannten Signale wird der Ablauf des Anpassungsprogramms gemäß F i g. 3 sichergestellt.

Dem Eingang a des NAND-Gatters 136 wird ein logisches Signal in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung U_p vom Ausgang des NAND-Gatters 217 über die Leitung 220 zugeführt. Dem Eingang a des NAND-Gatters 137 wird ein logisches Signal in Abhängigkeit von der entgegengesetzten Polarität der

Spannung U_p vom Ausgang des NAND-Gatters 218 über die Leitung 221 zugeführt Die Eingänge b des NAND-Gatters 136 und des NAND-Gatters 137 liegen am Ausgang des NAND-Gatters 122 des Flip-Flops 123. Dieser Ausgang führt das Signal 1, wenn die Kopplung K zu verändern ist

Die Eingänge c des NAND-Gatters 136 und des NAND-Gatters 137 liegen an der Leitung 135, über welche ein logisches Signal zugeführt wird, das sowohl in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung U_p als ι ο auch vom Nulldurchgang der Spannung U-, sowie der Stellung des Schalters S steht

Dem Eingang a des NAND-Gatters 138 wird ein logisches Signal in Abhängigkeit von der Polarität der Spannung U_p vom Ausgang des NAND-Gatters 117 über die Leitung 120 zugeführt Dem Eingang a des NAND-Gatters 139 wird ein logisches Signal in Abhängigkeit von der entgegengesetzten Polarität der Spannung U_p vom Ausgang des NAND-Gatters 518 über die Leitung 121 zugeführt Die Eingänge d der NAND-Gatter 138 und 139 liegen am Ausgang des NAND-Gatters 222 des Flip-Flops 123.

Dieser Ausgang führt das logische Signal 1, wenn die Kapazität C zu verändern ist Die Eingänge c der NAND-Gatter 138 und 139 liegen aus analogen Gründen wie diejenigen der NAND-Gatter 136 und 137 an der Leitung 135.

Wenn, wie dies für das vorliegende Beispiel angenommen worden ist, im vierten Schritt, d.h. im Suchlauf B, sich die genannte Doppelbedingung (Ui = Nulldurchgang, U_p = entgegengesetzte Polarität gegenüber Anfangsbedingungen) erfüllt, so wird auf Grund der geschilderten Verknüpfung der genannten Signale über das NAND-Gatter 138 und das NAND-Gatter 92 das steuerbare Halbleiterelement 93 nicht weiter gezündet, so daß der Motor 21a und damit das Einstellorgan 21 (d.h. der Kondensator 7) vorerst stehenbleibt.

Damit ist die zweite Etappe abgeschlossen und die dritte Etappe, die Feinanpassung und Feinabstimmung nach Diskriminatoren beginnt

Anläßlich des Nulldurchganges der Spannung Ui hat das Flip-Flop 123 seinen Schaltzustand gewechselt, wodurch der fünfte Schritt eingeleitet wird. Jetzt wird über das NAND-Gatter 136 und das NAND-Gatter 140 das steuerbare Halbleiterelement 141 gezündet und der Motor 19a in Gang gesetzt. Hierdurch wird die Kopplung K vermindert Dieser Vorgang läuft so lange, bis die Spannung U_p ihrerseits einen Nulldurchgang aufweist, wodurch das Flip-Flop 123 wieder zurückkippt und hierdurch im sechsten Schritt die Veränderung der Kapazität des Kondensators 7 weitergeht. Diese Kapazitätsveränderung erfolgt so lange, bis ein erneuter Nulldurchgang der Spannung U-, folgt, wodurch abermals das Flip-Flop 123 kippt und in der Folge im siebten Schritt die Kopplung K variiert wird. Diese Abwechslung der Variation der Kapazität und der Kopplung im siebten Schritt wird so lange fortgesetzt, bis die Diskriminatorspannung Ui bzw. U_p unter die Ansprechschwelle der Impedanz- bzw. Phasenlogik abgesunken ist.

Ist hingegen im ersten Suchlauf B (Schalter S in Stellung I, Kondensator 7 von C_max nach C_m/_n verändert) kein Nulldurchgang der Spannung U₁ erfolgt, so wird der Kondensator schließlich bis zu seiner Endstellung C_mm verbracht, wodurch ein dieser Stellung zugeordneter Endschalter an eine Klemme 142 das logische Signal 0 legt Hierdurch wird das Flip-Flop 89 zum Kippen gebracht, wodurch der achte Schritt eingeleitet wird.

Über das NAND-Gatter 143,144, eine Leitung 145, ein NAND-Gatter 146 und das NAND-Gatter 64 wird das steuerbare Halbleiterelement 65 erneut gezündet, wodurch die Wechselspannung l/_ an den Motor 23a gelegt wird und dieser den Schalter Sin seine Stellung II bringt Der Überwachungsschalter, welcher dem Schalter S zugeordnet ist legt bei Erreichung der Stellung II an eine Klemme 147 das logische Signal 0, wodurch über ein NAND-Gatter 148, das NAND-Gatter 144, die Leitung 145, das NAND-Gatter 146, das NAND-Gatter 64, das steuerbare Halbleiterelement 65 der Motor 23a wieder stillgelegt wird.

Durch das Kippen des Fiip-Flops 89 wird über eine Leitung 149, ein NAND-Gatter 150, das NAND-Gatter 59, das steuerbare Halbleiterelement 60 der Motor 216 erneut eingeschaltet, wodurch sich die Kapazität des Kondensators 7 vom Wert C_m-_m wieder gegen seinen Wert Cmax hin verändert. Tritt hierbei ein Nulldurchgang der Spannung U,- auf, so wird — wie früher erwähnt — durch eine Wiederholung der Schritte 5 und 6 die Feinanpassung und Feinabstimmung automatisch vorgenommen.

Wird hingegen in diesem achten Schritt, d.h. im Suchlauf C, auch kein Nulldurchgang der Spannung U, festgestellt, so wird der neunte Schritt mit dem Suchlauf D eingeleitet Dieser folgt anläßlich der Erreichung der Stellung C_max durch das erneute Kippen des Flip-Flops 89. In entsprechender Weise wie früher beschrieben, wird der Schalter S auf die nächsthöhere Stufe III gebracht was durch ein logisches Signal 0 an einer Klemme 151 zum Ausdruck kommt

Über die NAND-Gatter 143,144, die Leitung 145, das NAND-Gatter 146, das NAND-Gatter 64 und das steuerbare Halbleiterelement 65 wird hierdurch in analoger Weise, wie früher beschrieben, der Motor 23a wieder abgeschaltet so daß der Schalter S auf seiner neuen Stellung III verbleibt Die Suchläufe A, B, C usw. laufen bis zur Erreichung der Anpassung, sofern diese unter den gegebenen Verhältnissen überhaupt erzielbar ist, automatisch ab.

Die beschriebene Vorrichtung, nämlich das Steuergerät 13, führt somit automatisch eine Impedanzanpassung durch. Die je nach Frequenz unterschiedliche Impedanz der Dipolantenne 2 wird hierbei durch automatische Veränderung des Anpassungsnetzwerkes 3 an eine gegebene Impedanz, beispielsweise an den Wellenwiderstand von 50 Ohm eines Kabels, angepaßt

Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung sich auch für die Lösung anderer Anpassungsprobleme eignet zum Beispiel für die automatische Anpassung eines Hochfrequenzlastkreises an einen Generator. Solche Fälle liegen beispielsweise vor auf dem Gebiet der medizinischen und industriellen Hochfrequenzdiathermie und ähnlichen Fällen der Übertragung hochfrequenter Energie zwischen einer Quelle und einer Senke unterschiedlicher Impedanz.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Anpassung einer Last, insbesondere einer Antenne, an eine vorgegebene Quellenimpedanz, bei dem nach Auswahl eines einer bestimmten Lastimpedanz und einer bestimmten Frequenz zugeordneten Abstimmungsbereichs In Abhängigkeit von Phase und Impedanz am Eingang eines Anpassungsnetzwerkes eine automatische Peinabstimmung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Anpassungsnetzwerk mit jeweils separat einstellbarer Kopplung, Reaktanzabstimmung und Obersetzung, ausgehend von maximaler Kopplung, Einstellung der Reaktanz auf eine Endstellung ihres Einstellbereiches und minimaler Übersetzung, die Auswahl des Feinabstimmbereichs erfolgt und dabei in mindestens einem Suchlauf der Anfang des Peinabstimmungsbereichs durch Ermittlung eines Nulldurchgangs eines Impedanzdiskriminatorausgangssignals bei einer vorgegebenen Pciarität eines Phasendiskriminatorausgangssignals bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ausgangsspannung (U_p) eines die Phasenlage eines Hochfrequenzsignals am Eingang des Anpassungsnetzwerkes feststellenden Phasendiskriminators durch mit Ausnahme eines schmalen Bereiches um den Nulldurchgang der genannten Ausgangsspannung (U_p) im Sättigungsbereich arbeitenden Verstärkern logische Signale gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ausgangsspannung (U) eines die Impedanz am Eingang des Anpassungsnetzwerkes feststellenden Impedanzdiskriminators durch mit Ausnahme eines schmalen Bereiches um den Nulldurchgang der genannten Ausgangsspannung (U) im Sättigungsbereich arbeitenden Verstärkern logische Signale gebildet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erreichung bzw. Einnahme von Endstellungen von Einstellorganen des Anpassungsnetzwerkes mit in diesen Endstellungen betätigten Endschaltern durch Abgabe von logischen Signalen markiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die exakte Einnahme von Schalterstellungen eines zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses dienenden Schalters durch einen diesem Schalter zugeordneten Überwachungsschalter festgestellt und durch die Abgabe von logischen Signalen markiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Betrieb eines Steuergerätes für die automatische Einstellung von Einstellorganen des Anpassungsnetzwerkes erforderliche Energie über eine auch der Hochfrequenzenergieübertragung dienende Leitung zum Steuergerät übertragen wird. to

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Betriebsspannung eines Steuergerätes für die automatische Einstellung von Einstellorganen des Anpassungsnetzwerkes ein Startsignal für die Einstellung bistabiler Schaltanordnungen im Steuergerät in einen definierten Anfangszustand gebildet

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß logische Signale, welche einerseits die Phasenlage zwischen Spannung und Strom des Hochfrequenzsignals am Eingang des Anpassungsnetzweskes und andererseits die am Eingang des Anpassungsnetzwerkes auftretende Impedanz zum Ausdruck bringen mit logischen Signalen, welche von der Stellung von Einstellorganen des Anpassungsnetzwerkes abhängig sind, derart miteinander verknüpft sind, daß ein vorgegebenes Anpassungsprogramm (Fig.3) abläuft

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (F i g. 2; 13) zur Einstellung von Einstellorganen (19, 21, 23) eines zwischen die gegebene Impedanz (F i g. 2; Ro) und die anzupassende Impedanz (F i g. 2; 2) geschalteten Anpassungsnetzwerkes (3), wobei dem Steuergerät (13) einerseits eine von der Phasenlage (φ) eines Hochfrequenzsignals am Eingang (8') des Anpassungsnetzwerkes (3) abhängige Spannung (U_p) und andererseits eine von der am Eingang (8') des Anpassungsnetzwerkes (3) auftretenden Impedanz abhängige Spannung (U) zugeführt ist; wobei außerdem aus den genannten Spannungen (Up, U) abgeleitete logische Signale und weitere logische Signale, welche bestimmte Zustände der genannten Einstellorgane (19,21,23) zum Ausdruck bringen in einer logischen Schaltung (F i g. 4; 4A, 4B) miteinander verknüpft sind und zur zeitweisen Inbetriebsetzung von Antriebsorganen (19a, 196; 21a, 21 b; 23a) für die genannten Einstellorgane (19, 21, 23) nach einem vorgegebenen Programm (F i g. 3) dienen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umwandlung einer analogen Spannung (Up), welche die Phasenlage zwischen Spannung und Strom des Hochfrequenzsignals am Eingang (8') des Anpassungsnetzwerkes (3) zum Ausdruck bringt, in logische Signale eine Phasenlogik (i3e) vorhanden ist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasen'cgik (13eJ von der genannten analogen Spannung (U₉) mit Ausnahme eines schmalen Bereiches um ihren Nulldurchgang sättigbare Verstärker (203,204) enthält

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umwandlung einer analogen Spannung (U), welche die am Eingang (8') des Anpassungsnetzwerkes (3) auftretende Impedanz zum Ausdruck bringt in logische Signale, eine Impedanzlogik (13φvorhanden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzlogik (134* von der genannten Spannung (U) mit Ausnahme eines schmalen Bereiches um ihren Nulldurchgang sättigbare Verstärker (103,104) enthält

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (13) eine Startlogik (Fig.4; 13c) enthält, welcher außer logischen Signalen, welche die Stellung von Einstellorganen (19,21,23) im Anpassungsnetzwerk (3) zum Ausdruck bringen, auch logische Signale zugeführt werden, welche von der Phasenlage des Hochfrequenzsignals am Eingang (8') des Anpassungsnetzwerkes (3) abhängig sind und die am Eingang (8') des Anpassungsnetzwerkes (3) auftretende Impedanz zum Ausdruck bringen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (13) eine Steuerlogik (i3b) enthält, über welche Antriebsmotoren (19a, 196, 21a, 21 b, 23a) in einer Antriebseinheit (13a,) durch Signale von einer Startiogik (13ς), s einer Impedanzlogik (i3d) und einer Phasenlogik (13ejzeitweise einschaltbar sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (13) Ober ein Anschlußgerät (28), das ein Filter enthält, an eine Leitung (4) angeschlossen ist, über welche außer der hochfrequenten Energie auch die für die Speisung des Steuergerätes (13) notwendige Energie zugeführt wird.