DE2310242C2

DE2310242C2 - Anordnung zur gleichen Verstärkung von wenigstens zwei Hochfrequenzspannungen

Info

Publication number: DE2310242C2
Application number: DE19732310242
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 7900 Ulm Baur
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1973-03-01
Publication date: 1981-09-24
Also published as: IT1003655B; FR2220111B3; DE2310242A1; GB1421306A; FR2220111A1

Description

abfragt.

6. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Speichereinrichtungen vorgesehen m> sind, die die Signalpaare nach ihrer Herkunft (Hochfrequent und Eiehspannungen) getrennt über einen — gegebenenfalls nach Herkunft Unterschied-· Hch -^ vorgegebenen Zeiträum für die Verarbeitung durch die Rechenvorrichlung (DR) zwischenspei' chert.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art, nach Patent 20 39 326.

Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in einem Mehrwellenpejler benötigt, um eine Mehrzahl von Antennenfußpunktspannungen gleichzeitig amplituden- und phasengleich zu verstärken. Die Anzahl η der notwendigen Verstärkerzüge ist hierbei gleich der Anzahl η der Einzelantennen. Bei einem bereits vorgeschlagenen Mehrwellenpeiler mit einer Anordnung dieser Art werden die Ausgangsspannungen der einzelnen Verstärkerzüge zur digitalen Weiterverarbeitung aufbereitet und anschließend rechnerisch zur Ermittlung des gewünschten Peilergebnisses mittels eines Digitalrechners ausgewertet

Die Erfindung nach dem Hauptpatent geht aus von der Problemstellung, einen derartigen Peiler dahingehend auszugestalten, daß die Erfassung auch kurzzeitig auftretender Peilspannungf.n mit vertretbarem Aufwand möglichst fehlerfrei erfolgen soll. Zur Lösung dieses Problems wird im Hauptpatent ein Verfahren zur Erfassung des Betrages und/oder Phase mehrerer gleichzeitig und insbesondere kurzzeitig auftretender gleichlrequenter Hochfrequenzspannungen bei Anordnungen zur Bestimmung der Einfallsrichtung von Wellen, insbesondere bei Funkpeilern, bei dem jede der zu messenden Spannungen über einen eigenen Verstärkerkanal geführt und in einer nachgeschalteten gemeinsamen Meßeinrichtung nach Betrag und Phase ausgewertet wird, angegeben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst alle Verstärkerkanäle während der Erfassung der zu messenden Hochfrequenzspannungen so eingeregelt werden, daß sie nach Betrag und/oder Phase gleiche Ausgangsspannungen abgeben, daß danach der eingestellte Zustand aller Kanäle festgehalten wird und daß dann anstelle der zu messenden Spannungen allen Verstärkereingängen eine gleiche, mit den zuvor gemessenen Spannungen etwa gleichfrequente Hilfsspannung zugeführt wird und daß aus deren Verschiedenartigkeit hinsichtlich Betrag und/oder Phase nach der Verstärkung im nachgeschalteten Meßgerät eine Bewertung der zuvor an den Verstärkereingängen vorhanden gewesenen kurzzeitigen Hochfrequenzspannungen vorgenommen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den dun ^h die Lehre des Hauptpatents gegebenen Gedanken weiterzubilden und insbesondere hinsichtlich des Aufwands beim Einregeln der Verstärkungen und bei der Durchführung der Auswertung /u verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Ait erfindungsgemäß gelöst durch die im Kenn/eichen des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Krfin dungsgegenstandes sind in den IJnteranspruchen beschrieben.

Bei der erfindungsgem;ißen Anordnung werden die Verstärkerzüge in kürzester Zeitspanne auf brauchbare Ausgangsspanmingspegel geregelt, und zw.ir unter Inkaufnahme gewisser Abweichungen in ihren koniplc xen Verstärkungen, Beim Einsatz dieser Anordnung in einem Mehrwellenpeiler werden zweckniäßigerweise alle Anterinenspannungen nach Maßgabe derjenigen mit der größten Amplitude annähernd um gleiche Beträge und mit gleicher Phase verstärkt, daraufhin in analytische Signals umgewandelt, über Analog/Digital· Wandler geleitet und schließlich einem Digitalrechner

zugeführt. Die analytischen Signale werden hierbei nach der Methode gewonnen, bei der folgende Überlegungen zum Tragen kommen:

Liefert der Ausgang eines Verstärkerzuges bei einem Schmalbandsignal die Zeitfunktion

'/., -■ U cos (w/ + r/>).

(1)

wobei U die Spannungsamplkude, ω die Kreisfrequenz, t die Zeit, φ die Phase und i> den Antennenindex bedeuten, so läßt sich mittels eines 90°-Phasenschiebers die zweite Zeitfunktion

Z, C sin [tat + ψ)

bilden. Diese beiden Gleichungen stellen den Real- bzw. Imaginärteil der Funktion

t'exp/ («/

(3)

dar. Die letzterwähnte Gleichung (3) ist die Hilberttransformierte der ersterwähnten Gleichung (1).

Zur Signalpaarbildung kann man bei der erfirdungsgemäßen Anordnung anstelle der vorerwähnten Verwendung von 90°-Phasenschiebern beispielsweise auch folgende Methode benützen:

Die η Verstärkerausgänge werden gleichzeitig abgefragt. Vorzugsweise nach einer viertel Periode der Hochfrequenz- bzw. Eichfrequenzschwingung wird nochmals gleichzeitig abgefragt.

Wird nun diese Hilberttransformierte, die das analytische Signal bei der erfindungsgemäßen Anordnung bildet, zur Zeit ίο abgetastet, indem der Real- und der Imaginärteil zur Zeit t= IO mit einem Analog/Digital-Wandler bestimmt wird, so bekommt man

y.\ ί/cos (ωΐ_η + φ),
/. ί/sin (ω/,, + φ).

(5)

Bezieht man ω/b als Anfangsphase mit in φ ein (da es nur auf die relative Phasenlage ankommt), dann kann auch geschrieben werden

Z, U cos φ
/. Urn φ

(ill

(7ι

und so getan werden, als hätte man zur /en / = 0 abgetastet. Auf diese Weise bekommt man zwei Werte gemäß Gleichungen (6) urd (7). die mit U und g in eindeutigem Zusammenhang stehen. Außerdem kann man zur Bestimmung von Zt und Z? dasselbe Meßverfahren benützen. Die Simultanmessung von Z und Zi kann auch nacheinander erfolgen. Man spart dann η A/D Wandler und kcnmt mit Gl. (I) aus. Wird Z_x zur Zeit OJf = O und -90° nacheinander gemessen, dann resultieren ebenfalls Gleichungen (6) und (7). Dabei ist allerdings notwendig, dal! der Takt der Abfrage mit o» synchron ist.

Bei der erfindungsgen'4ßen Anordnung schließt sich möglichst an jede Meßphase ein Eichvorgäng dergestalt an, daß auf den Eingang aller in der Verstärkung unveränderten Verstärkei'züge ein gemeinsames Signal, und zwar vorzugsweise die schon vorher für die gemeinsame Regelung ausgewählte größte Antennenspannung aüfgeschallei Vird, um ein Übersteuern zu vermeiden; hinter den VQrstärkerzügen steht dann ein Maß zur Verfugung, das ermöglicht, den unterschiedlichen Verstärkungsgrad der Empfänger nunmehr im Rechner zu korrigieren.

FormelmäSig verhält sich dies wie folgt: ist die komplexe Spannung an der v-ten Antenne U_n so steht am Ausgang des zugehörigen Verstärkerzuges die kiiniplc\L' Sp.innuny I, /',, wenn V₁ die kiimpli/w Verstärkung ist. Ist die Referenzspannung LO, dann wird in der Eichphase am i'-ten Verstärkerausgang V₁. LO abgenommen. Dividiert man die Meßspannung K₁, U_x. durch die Eichspannung V_r U₀, dann fällt die Verstärkung V₁, heraus und es bleibt — , ein Quotient der von

Uu
der Verstärkung unabhängig ist und genauso schon vor der Verstärkung existiert hat.

Diese Eichrechnung bringt den Vorteil, daß, wenn U_n die größte Antennenspannung ist, die berechneten Quotienten betragsmäßig höchstens 1 sein können. Das ist für die folgenden Operationen im Rechner von großer Bedeutung.

Die Eichrechnung besteht allgemein also nur aus soviel komplexen Divisionen, wie Antennen vorhanden sind. Die Zahl vermindert sich noch um ι, wenn die Normierungsspannung LO die größte Antennenspannung ist.

Das vorbeschriebene Eichverfahren benötigt einen zeitlichen Abstand zwischen der Meß- und der Eichphase. Dieser beträgt zumindest soviel wie es die Einschwingzeit der Filter vorschreibt, also das Reziproke der ZF-Bandbreite.

In dieser Zeit aber kann sich bei modulierten Sendern die Spannung U,- und damit auch Uo völlig verändert haben. Wird also in diesem Fall mit LO geeicht, so kann leicht bei vergrößertem LO durch Amplitudenmodulation eine Übersteuerung der Verstärker eintreten. Diesem Umstand kann man begegnen, wenn man in der Meßphase einen Oszillator amplitudenmäßig an die stärkste Antennenspannung anbindet und dessen Spannung dann in der Eichphase benützt.

Bei modulierten Sendern kann sich aber außer der Amplitude im Rahmen der Einschwingzeit der Filter auch Hie Frequenz verändern. Da es keineswegs sicher ist. daß alle Empfänger, über die Frequenz im ZF-Band gesehen, dasselbe relative Verhalten zeigen, können sich auch durch eine Frequenzänderung falsche Eichergebnisse einstellen. Es ist deshalb in manchen Anwendungsfällen der Erfindung günstig, wenn man in der Meßphase den Oszillator amplituden- wie frequenzmäßig an die stärkste Antennenspannung anbindet. Dasselbe Frgeb ms wird erhalten, wenn in der Meßphase die Amplitude und die Frequenz der stärksten Antennenspannung gemessen wird, um da.nit dann für die F.ichphase eine Oszillatorspannung zu synthetisieren.

Zweckmäßigerweise wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine Schaltung vorgesehen, die als die Eichspannung aus den Hochfrequenzspannungen d\: größte aussucht: man sieht somit einen Eichsparrnungsgenerator vor. dessen Amplitude und/oder Frequenz nach Maßgabe der Amplitude und/oder Frequenz der größten der Hochfrerienzspannungen gewählt sind.

Die Rechenvorrichtung bei der erfindungsgemäßen Anordnung besteht vorteilhafterweise aus einer Einrichtung mit Abtast- und Halteschaltung und A/D-Wandler₍ die von den Signalpaaren gleichzeitig oder nacheinander durchlaufen wird und einer anschließenden Divisionssehai,itng. Hierbei kann zumindest einer der 90°-Phasenschieber durch eine Abtast· und Halteschaltung realisiert werden, die die AusEangssDan-

nungen des zugehörigen Verstärkerzuges in zwei nach Maßgabe der Frequenz aufeinander folgenden Zeitpunkten, z. B.

Ir

abfragt.

In der Abbildung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Blockschaltbild gezeigt, bei dem auch bereits Weiterbildungen der Erfindung benutzt sind.

Mit ,4,, sind im gezeigten Beispiel sieben Einzelantennen eines Mehrwellenpeilers bezeichnet, deren Fußpunktspannungen auf eine U!«schalteinrichtung US mil den Elementen US\ bis US_r gelangen, je nach Stellung dieser Urhschalteinrichtungselemente, die synchron geschaltet werden, werden den einzelnen Verstärkerzügen VZi bis KZ^wahlweise entweder die Fußpuriktspaiv hungen der Antenne öäef eine gemeinsame Eichspahnung aus einer Schaltung ES zugeführt, wobei letztere als die Eichspannung aus den Hochfrequenzspannungen an den Ausgängen der Verstärkerzüge VZ die amplitudengrößte aussucht. Hierzu ist sie über eine Vergleichsschaltung KS an die Ausgänge der einzelnen Verstärkerelemente KZi bis VZ₁.angeschlossen.
> Die Schaltung KS dient gleichzeitig der Rdgelspannungserzeugung für die Verstärker VZ\ bis VZ₁., indem sie die Regelspannung gleichfalls vorzugsweise nach Maßgabe der größten am Ausgang der Verstärker auftretenden Antennenfußpunktspannung bemißt.

An die Verstärkerausgänge sind zusätzlich 90°-Phasenschieber PH\ bis PH, angeschlossen, deren Ausgangssignale mit denjenigen ihrer zugehörigen Verstärkerzüge jeweils ein Signalpaar bilden. Für die Signalpaare ist eine Rechenvorrichtung DR, Vorzugs^

weise in Form eines Digitalrechners vorgesehen, die die Signalpaare der eingangs zugeführlen Höchfrequenzspannüngen durch die Signalpaare der eingangs zugeführten Eichspannung dividiert. Hierzu enthält die Rechenvorrichtüng des gezeigten Ausführungsbeispiels

der Erfindung Ablast- Und Haiteschäitüngen in könibination mit A/D-Wandlern AH\ bis AH, Und anschließende Divisionsschaltungen D\ bis D,..

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Erfassen des Betrages und/ oder der Phase mehrerer gleichzeitig und insbeson- ί dere kurzzeitig auftretender, gleichfrequenter Hochfrequenzspannungen mittels mehrerer getrennter, regelbarer Verstärkerzüge und einer Umschalteinrichtung, die die wahlweise Zuführung entweder der mehreren Hochfrequenzspannungen oder einer κι gemeinsamen hochfrequenten Eichspannung an sämtliche Verstärkereingänge bewirkt, wobei während der Zuführung der zu messenden Hochfrequenzspannungen die Verstärkung und/oder Phase der Verstärkerzüge eingeregelt wird und die r> eingeregelten komplexen Verstärkungen während der Zuführung der Eichspannung ungeändert bleiben, nach Patent 20 39 326, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Regelspannungsgenerator (VS) nach Maßgabe einer der Verstärker- >n ausgangsspannungen, vorzugsweise derjenigen mit der größten Amplitude, die Verstärkerzüge (VZ) auf den gleichen Verstärkungsfaktor und/oder Phasengang einregelt, daß an die einzelnen Verstärkerausgänge 90°-Phasenschieber (PH) angeschaltet sind, deren Ausgangssignale mit denjenigen ihrer zugehörigen Verstärkerzüge jeweils ein !Signalpaar bilden, und daß für die Signalpaare eine Richtvorrichtung (DR) vorgesehen ist, die die Signalpaare der eingangs zugeführten Hochfrequenzspannungen jo durch die Signalpaare der eingangs zugeführten Eichspannung dividiert.

2. Anordnung iiach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalturg (VS) - orgesehen ist, die als die Eichspannung aus e'en Hoch^frequenzspan- j> nungen die größte aussucht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eichspannungsgenerator (ES) vorgesehen ist, dessen Amplitude und/oder Frequenz nach Maßgabe der Amplitude bzw. Frequenz der größten der HF-Spannung gewählt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung (DR) zur Verarbeitung der Signalpaare besteht aus einer Einrichtung mit Abtast- und Halteschaltung 4> (A H), A/D-Wandler und Divisionsschaltung (D).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der 90^c-Phasenschieber (PH) durch eine Abtast- und Halteschaltung realisiert ist. die die Ausgangsspannungen des vi zugehörigen Verstärkerzuges in zwei nach Maßgabe der Kreisfrequenz μ aufeinander folgenden Zeitpunkten, τ. B.