DE2542435C2 - Schaltung tut Funktionsprüfung einer elektronisch phasengesteuerten Antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Funktionsprüfung einer elektronisch phasengesteuerten Antennenanordnung, welche aus einer großen Anzahl von Einzelstrahlern besteht, deren Ströme mit in einem digital arbeitenden Phasenrechner ermittelten und in Strahlenelementspeichern aufbewahrten Werten mit Hilfe von »Loaded-Line«-Phasenschiebern eingestellt werden, die aus von einer Durchgangsleitung abgezweigten, mit PIN-Dioden abgeschlossenen und damit je nach Schaltzustand dieser Dioden induktiv oder kapazitiv belasteten Leitungen bestehen, wobei an einem Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters die Durchgangsleitung sowie an den zweiten Eingang dieses Gatters ein Prüfungsspannungsgenerator angeschlossen ist und am zu prüfenden Phasenschieber mittels des Phasenrechners eine logische Null (Sperrung der PIN-Diode) oder Eins (Durchlaß der PIN-Dioden) und gleichzeitig am Prüfungsspannungsgenerator der gleiche logische Zustand eingeschaltet ist und ein Diskriminator am Ausgang des Gatters angeschlossen ist, der bei Anstehen einer logischen Eins an seinem Eingang ein das Vorhandensein eines Fehlers angebendes Signal abgibt, wobei als Gatter in die Durchgangsleitung im Anschluß an die abgezweigte, mit der PIN-Diode versehenen Leitung eine Schaltdiode, insbesondere eine Zenerdiode, eingeschaltet ist, und zwar derart, daß gleiche Elektroden der PIN-Diode und der Schaltdiode verbunden sind, und wobei zwischen den anderen, zusammengeschalteten Elektroden der Schaltdioden und dem Prüfspannungsgenerator ein Widerstand liegt und der Eingang des Diskriminators zwischen den Schaltdioden und dem Widerstand angeschlossen ist, nach Patent 24 42 185.

Bei der vorstehend beschriebenen Schaltung hat sich in der Praxis herausgestellt, daß Zenerdioden (Schaltdioden) nicht ohne Einschränkungen eingesetzt werden können. Der Grund hierfür ist, daß im Betrieb die einzelnen Phasenschieberstufen unterschiedliche Vorspannungen haben können. Ist die Sperrspannung bzw. Zenerdurchbruchspannung der Schalt- bzw. Zenerdioden kleiner oder gleich der Spannungsdifferenz zwischen einer in Durchlaß- und einer in Sperrichtung betriebenen PIN-Diode, so kann zwischen solchen PIN-Dioden Strom über die Schaltdiode bzw. Zenerdi-

ode fließen. Dies führt zu einer Undefinierten Einstellung der PIN-Diodenvorspannung und somit zu unkorrekten Phasenwerten.

Dieser Nachteil des Gegenstandes der Hauptpatentanmeldung wird gemäß der vorliegenden Zusatzerfindung dadurch vermieden, daß die Schaltdioden hinsichtlich ihrer Sperrspannung bzw. die Zenerdioden hinsichtlich ihrer Zenerspannung so bemessen sind, daß die Sperr- bzw. Zenerspannung größer als die maximal mögliche Spannungsdifferenz zwischen zwei PIN-Diöden ist Eine andere Möglichkeit zur Beseitigung des geschilderten Nachteils besteht darin, daß eine Trenneinrichtung, ζ. B. eine Schaltereinrichtung vorgesehen ist, mittels derer sich während des Betriebs der Amennenanordnung die Verbindungen zwischen den Schalt- bzw. Zenerdioden der einzelnen Phasenschieberstufen stufenweise voneinander elektrisch trennen lassen, so daß nur für die Prüfung selbst alle Stufen zusammengeschaltet sind. Die zuletzt angegebene Möglichkeit ist zweckmäßig nur bei kleineren phasengesteuerten Antennenanordnungen anzuwenden.

Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert.

Zunächst wird der Gegenstand des Hauptpatents nochmals beschrieben.

Die Figur zeigt eine Prüfschaltung nach dem Hauptpatent mit Differenzierung nach der Herkunft des Fehlers hinsichtlich Phasenrechner oder PIN-Dioden.

Elektronisch gesteuerte Antennen der modernen Radarsysteme bestehen aus einer großen Anzahl von Einzeistrahlern, deren Ströme mit Hilfe von digitalen Phasenschiebern 1 eingestellt v/erden. Die Phasenschieber bestehen im hier betrachteten Fall aus Leitungsstükken parallel zur durchgehenden Leitung, die mit Schaltdioden 2 von PIN-Typ abgeschlossen sind. ]e nach Schaltzustand der Dioden 2 sind die Abzweigleitungen induktiv oder kapazitiv belastet. Dadurch kann die Übertragungsphase der Anordnung in Stufen verändert werden.

Die Einstellung der PIN-Dioden 2 wird in einem eigenen Phasenrechner 3 aus Parametern (Ablenkwinkel usw.) ermittelt. Die Ergebnisse der Phasenberechnung werden am Ort der Einzelstrahler in Elementspeichern 4 aufbewahrt und steuern die Dioden 2 über Diodentreiber 5 an.

Dieser umfangreiche Elektronikkomplex wird durch die in der Figur dargestellten Prüfschaltung nach der Erfindung regelmäßig automatisch getestet. Es sollen Fehler erfaßt werden, die in den PIN-Dioden 2 selbst, aber auch im Phasenrechner 3, in den Elementspeichern 4 und den Diodentreibern 5 auftreten.

Mit der Schaltung läßt sich unterscheiden, ob der Fehler vom Phasenrechner oder von den PIN-Dioden herstammt. Sie besteht aus diskreten Prüfdioden 9 in den vom Diodentreiber 5 kommenden Durchgangsleitungen im Anschluß an die Abzweigungsstelle zur PIN-Diode 2. Die Prüfdioden 9 sind im dargestellten Beispiel als Zenerdioden ausgebildet. Es können aber auch andere Schaltdioden Verwendung finden.

Der Phasenschieber 1 erhält zum Test zwei verschiedene Parameterkombinationen vom Phasenrechner 3. Beim »Nulltest« müssen alle Phasenstufen auf »0« stehen (entsprechend einer Sperrung der PIN-Dioden 2 mit z.B. +55V), beim »Einstest« auf »1« (Dioden 2 in Durchlaß gepolt, Diodenspannung etwa -700 mV). Tritt ein Rechenfehler auf, oder ist eine der Dioden 2 zerstört (Unterbrechung oder Kurzschluß), dann soll eine Meldung erfolgen.

Dabei können folgende Fälle auftreten:

Fall	Richtige	Tat	0	Dioden	Prüfergebnis
		sächliche	1	spannung
	Kombination	0
1	0		+ 55 V	intakt
2	0	1	-0,7 V	Rechenfehler
3	0	0	OV	Diodenfehler
		1		(Kurzschluß)
4	1		-0,7 V	intakt
5	1	+ 55 V	Rechenfehler
6	1	-5 V	Diodenfehler
			(Leerlauf)

Die in der Figur angegebene Schaltung kann die fehlerhaften Fälle 2,3,5 und 6 erkennen. Sie besteht, aus einer Zenerdiode 9 pro PIN-Diode 2 und einem zentralen Diskriminator 10, der im Fehlerfall eine Spannung entsprechend einer logischen »1« abgibt. Außerdem ist ein Widerstand 11 an einen Prüfspannungsgenerator 12 angeschlossen. Durch eine Prüfprogrammeinrichtung 13 werden die Prüfspanwungen am Prüfspannungsgenerator 12 sowie die passenden Ansprechschwellen des Diskriminators 10 eingeschaltet.

Beim Nulltest müssen alle PIN-Dioden 2 gesperrt sein (Diodenspannung z.B. +55V). Der Prüfspannungsgenerator 12 gibt ebenfalls z.B. +55V auf den Widerstand 11 ab. In den vorher aufgeführten Fehlerfällen 2 und 3 ist die Spannung an den PIN-Dioden 2 aber viel kleiner. Dann schließt die in Durchlaß gepolte Zenerdiode 9 die Testspannung kurz.

Beim Einstest müssen alle PIN-Dioden 2 eine Spannung von etwa -0,7 V haben. Das wird in zwei Schritten geprüft. Zunächst gibt der Prüfspannungsgenerator 12 die Spannung 0 V ab. Bei Unterbrechung eines PIN-Diode 2 (Fall 6) schaltet die entsprechende Zenerdiode 9 in den Durchlaßbetrieb und gibt eine Spannung von etwa - 5 V an den Diskriminator 10 ab.

Im zweiten Schritt wird die Prüfspannung auf einen großen Wert entgegen zur Sperrspannung der PIN-Dioden 2, etwa -55 V, eingestellt. ^v/enn nun eine PIN-Diode 2 infolge eines Rechen'.niers gesperrt ist ( + 55V), dann bricht die entspre.nende Zenerdiode 9 im Zenerbereich durch. Dazu muß ihre Durchbruchsspannung so gewählt sein, daß im normalen Betrieb mit einer Spannung der Zenerdloden 9 von —5 V keine der Zenerdioden 9 leitet. Wird beispielsweise die Zenerspannung zu 70 V gewählt, dann tritt im Fehlerfall 5 eine Spannung von -15 V am DisKriminatoreingang auf. Bei intakter Anlage bleibt der Diskriminatoreingang auf -55 V.

Die folgende Tabelle zeigt die einzustellende Testspannung und die Spannung am Diskriminator:

FaIi

Prüfspannung

Diskriminator spannung Prüfer^ebnis

21
3 I

Nulltest
+ 55V

+ 55 V intakt

\ 0 V Rechenfehler 1

\ + 0,7 V Diodenfehler Kurzschluß

Fall

Prüfspunnung

Diskrimiinilor-

l'nilorj-'cbnis

4 Einstest a —55 V intakt

5 -55 V -15 V Rechenfehler O 4 Einstest b OV intakt

6 OV -4,7 V Diodenfehler Leerlauf kein Test -5 V -5 V Normalbclrieb

Wenn der Phasenrechner durch eigene Testmethoden geprüft wird, kann die Prüfung auf die Fehlerfälle 2 (»1« statt »0«) und 5 (»0« statt »1«) fortfallen. Dann können für die Prüfdioden anstelle der Zenerdioden billigere Schaltdioden genommen werden. Außerdem wird der Prüfspannungsgenerator 12 einfacher.

Der Prüfspannungsgenerator 12 kann im einfachsten Fall aus einem Satz von mechanischen Schaltern bestehen, welche die Prüfspannungen an den Widerstand 11 anschließen. Wenn der Test vom Zentralrechner gesteuert werden soll, können entsprechende elektronische (Transistor-) Schalter eingesetzt werden, deren Schaltzustand von logischen Signalen (2 Bit) gesteuert wird.

Nach der Zusatzerfindung wird die oben beschriebene Schaltung zur Funktionsprüfung nach der Hauptpatentanmeldung in der folgenden Weise verbessert:

Damit keine Undefinierten Einstellungen der PIN-Diodenvorspannungen und somit unkorrekte Phasenwerte entstehen, was der Fall sein könnte, wenn die Zenerdurchbruchspannung bzw. die Sperrspannung der Prüfdioden 2 kleiner oder gleich der Spannung diffe-

is renz zwischen einer in Durchlaß- und einer in Sperrichtung betriebenen PIN-Diode 2 ist und somit zwischen solchen PIN-Dioden 2 Strom über die Prüfdiode 9 fließt, werden gemäß Zusatzerfindung Zener- bzw. Schaltdioden 9 ausgewählt, deren Zener- bzw. Sperrspannung über der größtmöglichen Spannungsdifferenz zwischen zwei PIN-Dioden 2 liegt. Eine andere Möglichkeit zur Ausschaltung eines ungewünschten Stromflusses über die Prüfdioden 9 besteht darin, während des Betriebes die Verbindungen zwischen den Prüfdioden 9 der einzelnen Phasenschieberstufen stufenweise voneinander elektrisch zu trennen, z. B. durch einen Schalter, und nur für den Test alle Stufen zusammenzuschalten. Bei dieser in erster Linie bei kleineren Antennenanlagen zweckmäßigen Lösung kann die Zener- bzw. Sperrspannung der Prüfdioden ? kleiner sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Funktionsprüfung einer elektronisch phasengesteuerten Antennenanordnung, welehe aus einer großen Anzahl von Einzelstrahlern besteht, deren Ströme mit in einem digital arbeitenden Phasenrechner ermittelten und in Strahlerelementspeichern aufbewahrten Werten mit Hilfe von »Loaded-Line«-Phasenschiebem einge- to stellt werden, die aus von einer Durchgangsleitung abgezweigten, mit PIN-Dioden abgeschlossenen und damit je nach Schaltzustand dieser Dioden induktiv oder kapazitiv belasteten Leitungen bestehen, wobei an einen Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters die Durchgangsleitung sowie an den zweiten Eingang dieses Gatters ein Prüfspannungsgenerator angeschlossen ist und am zu prüfenden Phasenschieber mittels des Phasenrechners eine logische Null (Sperrung der PIN-Dioden) oder Eins (Durchlaß der PIN-Dioden) und gleichzeitig am Prüfspannungsgenerator der gleiche logische Zustand eingeschaltet ist und ein Diskriminator am Ausgang des Gatters angeschlossen ist, der bei Anstehen einer logischen Eins an seinem Eingang ein das Vorhandensein eines Fehlers angebendes Signal abgibt, wobei als Gatter in die Durchgangsleitung im Anschluß an die abgezweigte, mit der PIN-Diode versehenen Leitung eine Schaltdiode, insbesondere eine Zenerdiode, eingeschaltet ist, und zwar derart, daß gleiche Elektroden der PIN-Diode und der Schaltdiode verbunden sind, und wobei zwischen den anderen, zusammengeschalteten Elektroden der Schaltdioden und dem Prüfspannungsgenerator ein Widerstand liegt und der Eingang des Diskriminators zwischen den Schaltdioden und dem Widerstand angeschlossen ist, nach Patent 24 42185, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdioden (9) hinsichtlich ihrer Sperrspannung bzw. die Zenerdioden hinsichtlich ihrer Zenerspannung so bemessen sind, daß die Sperr- bzw. Zenerspannung größer als die maximal mögliche Spannungsdifferenz zwischen zwei PIN-Dioden (2) ist.

2. Schaltung zur Funktionsprüfung einer elektronisch phasengesteuerten Antennenanordnung, welehe aus einer großen Anzahl von Einzelstrahlern besteht, deren Ströme mit in einem digital arbeitenden Phasenrechner ermittelten und in Strahlerelementspeichern aufbewahrten Werten mit Hilfe von »Loaded-Line«-Phasenschiebern eingestellt werden, die aus von einer Durchgangsleitung abgezweigten, mit PIN-Dioden abgeschlossenen und damit je nach Schaltzustand dieser Dioden induktiv oder kapazitiv belasieten Leitungen bestehen, wobei an einen Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters die Durchgangsleitung sowie an den zweiten Eingang dieses Gatters ein Prüfspannungsgenerator angeschlossen ist und am zu prüfenden Phasenschieber mittels des Phasenrechners eine logische Null (Sperrung der PIN-Dioden) oder Eins (Durchlaß der PIN-Dioden) und gleichzeitig am Prüfspannungsgenerator der gleiche logische Zustand eingeschaltet isi und ein Diskriminator am Ausgang des Gatters angeschlossen ist, der bei Anstehen einer logischen Eins an seinem Eingang ein das Vorhandensein eines Fehlers angebendes Signal abgibt, wobei als Gatter in die Durchgangsleitung im Anschluß an die abgezweigte, mit der PIN-Diode versehenen Leitung eine Schaltdiode, insbesondere eine Zenerdiode, eingeschaltet ist, und zwar derart, daß gleiche Elektroden der PIN-Diode und der Schaltdiode verbunden sind, und wobei zwischen den anderen, zusammengeschalteten Elektroden der Schaltdioden und dem Prüfspannungsgenerator ein Widerstand liegt und der Eingang des Diskriminators zwischen den Schaltdioden und dem Widerstand angeschlossen ist, nach Patent 24 42 185, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trenneinrichtung, z. B. eine Schaltereinrichtung vorgesehen ist, mittels derer sich während des Betriebs der Antennenanordnung die Verbindungen zwischen den Schaltbzw. Zenerdioden der einzelnen Phasenschieberstufen stufenweise voneinander elektrisch trennen lassen, so daß nur für die Prüfung selbst alle Stufen zusammengeschaltet sind.