DE2644950C2 - Stromeinstellschaltung für Diodenphasenschieber einer Antenne mit elektronischer Diagrammschwenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromeinstellschaltung gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Für Diodenphasenschieber werden gewöhnlich PIN-Dioden verwendet, da sie gut beherrschbare Eigenschäften haben und bis zu sehr hohen Frequenzen als Schaltdioden verwendbar sind. Voraussetzung ist allerdings, daß der sie im leitenden Zustand durchfließende Durchlaßstrom annähernd einem vorgegebenen Sollwert entspricht, also von diesem nicht mehr als so beispielsweise ±7% abweicht, da anderenfalls unzulässig große Nebenzipfel im Diagramm auftreten. Bei der Schaltung der einleitend angegebenen Gattung, die aus der US-PS 37 10145 bekannt ist, bedingt diese Forderung die Verwendung einer Niederspannungsquelle mit geregelter Ausgangsspannung. Wegen der großen Zahl von beispielsweise zwischen 1000 und 000 aus dieser Niederspannungsquelle zu versorgenden Phasenschieberdioden und der hierzu erforderlichen, hohen Ausgangsleistung ist ein vergleichsweise großer und daher teurer Schaltungsaufwand für die entsprechenden Geräte notwendig. Da die Leitungen zu den Phasenschiebern Ströme führen, die mehrere Ampere erreichen können, kann aber selbst bei Verwendung einer geregelten Niederspannungsquelle der Spannungsabfall über den unterschiedlich langen Leitungen zu den Phasenschiebern dazu führen, daß der vorgegebene Toleranzbereich für den die PIN-Dioden durchfließenden Strom überschritten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromeinstellschaltung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die an die Phasenschieberdioden einen mit relativ hoher Genauigkeit auf einen vorgegebenen Wert stabilisierten Strom liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben. Im Unterschied zu der gattungsgemäßen Stromeinstellschaltung, be der der Verstärker als reiner Schaltverstärker arbeitet, wird also im Rahmen der Erfindung ein Regelverstärker benutzt, woraus sich der Vorteil ergibt, eine ungeregelte und daher schaltungstechnisch wenig aufwendige Niederspannungsquelle zur Lieferung des Durchlaßstromes für alle Phasenschieberdioden verwenden zu können.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Stromeinstellschaltung, die sich durch einen geringen Bauelementeaufwand auszeichnet, ist im Patentanspruch 2 angegeben.

In der Zeichnung ist eine Stromeinstellschaltung nach der Erfindung anhand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform in schematischer Vereinfachung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Stromeinstellschaltung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Stromeinstellschaltung jedes Phasenschiebers gemäß der Erfindung,

Fig.3 ein ausführlicheres Schaltbild einer Ausführungsform der Stromeinstellschaltung jedes Phasenschiebers gemäß der Erfindung.

Die in F i g. 1 dargestellte Phasenschieberschaltung umfaßt eine nicht geregelte Niederspannungsquelle 1, die mit einer Steuerschaltung 10 für den Leitzustand von Phasenschieberdioden verbunden ist Die Steuerschaltung 10 ist ihrerseits mit π Einstellschaltungen 2 verbunden, die einen geregelten Strom liefern und η Phasenschiebern 3 zugeordnet sind. Jede Stromeinstellschaltung 2„ ist mit dem jeweiligen Phasenschieber 3„ verbunden, der aus wenigstens einer Diode in Serie mit einem Widerstand besteht. Die Phasenschieberschaltung umfaßt weiterhin eine Referenzspannungsquelle 12, die mit den π Stromeinstellschaltungen für die Phasenschieberdioden verbunden ist und einen Phasenrechner 4, der mit den π Stromeinstellschaltungen für die Phasenschieberdioden verbunden ist und der über seine Ausgangssignale die Phasenverschiebungswerte festlegt, die den von den Strahlern, wie etwa Dipolen 6, abgestrahlten Signalen zu erteilen sind. Die Phasenverschiebung der voti den Dipolen 6 abgestrahlten Signale bestimmt dann die Richtung, in die das Strahlungsdiagramm der Antenne weist.

Wie schon einleitend bemerkt, hängt die Genauigkeit der den Signalen erteilten Phasenverschiebung von dem die Phasenverschieberdioden durchfließenden, geregelten Strom ab.

Es wird nun das Blockschaltbild der Stromeinstellschaltung für den geregelten Strom jedes Phasenschiebers genauer betrachtet, das in F i g. 2 dargestellt ist.

Die Stromeinstellschaltung für jeden Phasenschieber umfaßt eine Steuerschaltung 10 für den Leitzustand der Phasenschieberdioden, die mit der ungeregelten N ieder= Spannungsquelle 1 verbunden und für sämtliche Phasenschieber nur einmal vorgesehen ist. Diese Steueranordnung ist über einen Schalter /1 mit einem Steuerdifferenzverstärker 13 verbunden. Ein Eingang des Steuerverstärkers ist mit einer Referenzspannungsquelle 12 verbunden, die ebenfalls für alle Phasenschieber nur einmal vorhanden ist. Eine Regelschleife 15, die

- aus einer einfachen Diode bestehen kann, liegt zwischen dem Ausgang und einem invertierenden Eingang des Differenzsteuerverstärkers 13, so daß an jede Diode jedes Phasenschiebers 3 ein geregelter Strom geliefert wird.

Die Dioden legen bekanntlich eine bestimmte Phasenverschiebung fest wenn sie leitend sind. Sofern der Phasenschieber zwei Dioden mit Serienwiderstand in Parallelschaltung umfaßt, ist die erzeugte Phasenverschiebung gleich */2, wenn die beiden Dioden leitend sind. Wenn der Phasenschieber nur eine einzige Diode mit Serif.nwiderstand enthält, ist die erzeugte Phasenverschiebung gleich π. Um die den Phasenschieber im beschriebenen Beispiel bildenden Dioden leitend zu machen, wird der Schalter /1 durch ein Steuersignal der Steuerschaltung 10 geschlossen. Dieses Signal ist am Ausgang der Steuerschaltung 10 angedeutet. Desweiteren Hefen die Referenzspannungsquelle 12 eine Spannung, die im beschriebenen Beispiel in der Größenordnung von —1 Volt Hegt und die am nichtinvertierenden oder positiven Eingang des Differenzverstärkers 13 anliegt

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Stromeinstellschaltung für einen Phasenschieber gemäß der Erfindung.

Wie bereits gesagt umfaßt die Einstellschaltung einen Differenzverstärker 13 bestehend aus einem Transistor 7*1 des PNP-Typs, einem Transistor 7*2 des NPN-Typs als veränderbarem Widerstand und aus einer Diode D 2, die zwischen dem Emitter des Transistors 7*1 und dem Kollektor des Transistors TI Hegt. Der Kollektor von T2, der den Ausgang der Einstellschaltung bildet, ist mit dem Phasenschieber 3 verbunden, der zwei PIN-Dioden D1 und D10 umfaßt, die parallel geschaltet sind und jeweils einen Serienlastwiderstand RD1 bzw. RD10 umfassen. Eine Hochspannungsquelie 14 ist über einen Widerstand R1 sehr hohen Wertes im Punkt P1 einerseits mit dem Ausgang der Einstellschaltung 13 und andererseits dem Eingang des Phasenschiebers 3 verbunden. Dip Basis des Transistors Tl erhält über einen Widerstand R 3 die Spannung der Referenzspannungsquelle 12. Der Emitter des Transistors TX ist mit einem Widerstand R 2 verbunden, der seinerseits mit dem Kollektor eines Transistors 7*3 verbunden ist, der den Schalter /1 bildet und in Abhängigkeit von der Steuerschaltung 10 die Dioden des Phasenschiebers 3 leitend macht. Die Steuerschaltung 10 ist mit der Basis des Transistors Γ3 über einen Widerstand R 4 verbunden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Nieder-Spannungsquelle aus zwei Teilspannungsquellen 16 und 17, die beide ungeregelt sind. Beide sind mit dem Differenzverstärker 13 verbunden. Die eine Teilspannungsquelle 17, die einerseits mit dem Emitter von T2 und andererseits übsr einen Widerstand R% mit dem Kollektor von 7*1 verbunden ist, liefert negatives Potential, um die Dioden D 1, D 10 leitend zu machen, deren jeweilige Anoden mit Masse verbunden sind. Die andere Teilspannungsquelle 16 liefert positives Potential und ist einerseits mit dem Emitter von T3, andererseits über einen Widerstand R 5 mit der Basis von T3 verbunden. Sofern zur Erzeugung einer Phasenverschiebung die Phasenschieberdioden D1, D10 leitend sind, ist die negative Spannung am Schaltungspunkt P1 ihrem Betrag nach etwa gleich oder größer als der Spannungsabfall über jeder

PIN-Diode. Einleitend wurde bereits festgehalten, daß der geregelte Strom, der als Folge der geregelten Spannung am Ausgang von RD 1 und RD 10 erhalten wird und den Dioden zugeführt wird, eine bestimmte Genauigkeit haben muß. Wenn es sich bei den Dioden um beispielsweise PIN-Dioden handelt. Hegt der Strom mit einer Genauigkeit von 7% bei 75 mA und der Spannungsabfall über jeder Diode einschließlich Widerstand Hegt bei etwa 1 Volt

jeder Widerstand RD1, RD10 begrenzt die Verlustleistung der jeweiligen Diode.

Der den Schalter /1 bildende Transistor 7*3 wird durch Anlegen eines Logikpegels »1« aus der Steuerschaltung 10 in den leitenden Zustand gebracht Damit läßt der Transistor T3 die Ausgangsspannung der Teilspannungsquelle 16 an die Anode der Diode D 2 über den Widerstand R 2 gelangen, ebenso an den Emitter des Transistors Ti des Steuerverstärkers 13. Wie man sieht bildet D2 die Regelschleife 15 für den Steuerverstä ker 13. Unter diesen Umständen wird der Transistor T2, der einem Widerstand .^it in Bezug auf R 1 geringem Wert entspricht leitend und läßt den für den ordnungsgemäßen Betrieb notwendigen, geregelten Strom vom Phasenschieber 3 zu der Teilspannungsquelle 17 fließen. Die gewünschte Phasenverschiebung ist damit hergestellt Die sperrende Hochspannungsquelle 14 ist hieran nicht beteiligt.

Keine Phasenverschiebung wird erzeugt, wenn die Dioden sich im Sperrzustand befinden·, das Verschwinden der von der Steuerschaltung 10 gelieferten Spannung führt zum Sperren des Transistors 7*3, der sich dann wie ein geöffneter Schalter verhält. Die an der Basis von Ti anliegende Referenzspannung aus der Referenzspannungsquelle 12 bleibt unverändert, aber die aus der Teilspannungrquelle 16 stammende, ungeregelte Spannung, die vorher am Emitter des Transistors 7*1 anlag, ist nun dort gleich Null. Der Transistor T2 ist folglich gesperrt und verhält sich in bezug auf den Widerstand R 1 wie ein sehr hocnohmiger Widerstand. Den Transistor 72 durchfließt kein Strom.

Demzufolge liegt die Hochspannung aus der Hochspannungsquelle 14 an jeder Diode D\,D 10, die damit gesperrt ist Die Hochspannung liegt ebenfalls an der Kathode von D2 an; die Anode von D2 liegt au^f einem Potential Null, so daß die Diode D 2 gesperrt ist und dafür sorgt, daß der Differenzverstärker die hohe Sperrspannung aus der Hochspannungsquelle 14 aushält. Die Regelschleife 15 ist unter diesen Umständen unwirksam. Die Phasenschieberdjoden durchfließt kein geregelter Strom mehr.

Die beschriebene Finstellschaltung bildet einen Teil der Versorgungsschaltung jedes Phasenschiebers einer Antenne mit elektronischer Diagrammschwenkung, wobei diese Speise- oder Versorgungsschaltung einen geregelten Strom liefert, dessen Stromstärke mit einer solchen Genauigkeit eingehalten wird, daß -die dem Signal erteilte Phasenverschiebung mit der gleichen Genauigkeit erlangt wird. Der geregelte Strom ist der die PIN-Dioden, die die Phasenschieber bilden, durchfließende Strom. Er wird mit einer Genauigkeit von etwa 7% im beschriebenen Ausführungsbeispiel eingehalten; diese Genauigkeit ist als hinreichend anzusehen. Vor allem ist festzuhalten, daß die Stromeinstellschaltung für jede Diode eines Phasenschiebers 3 nur wenige Bauelemente enthält, die nur geringe Verlustleistung erzeugen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stromeinstellschaltung für die den Strahlern einer Antenne mit elektronischer Diagrammschwenkung zugeordneten Diodenphasenschieber, deren jeder wenigstens eine Diode enthält, deren Schaltzustand den Wert der Phasenverschiebung festlegt und die über einen Serienwiderstand mit einer sie sperrenden Hochspannungsquelle und dem Ausgang eines; Verstärkers verbunden ist, dessen Eingang mit einer den Diodendurchlaßstrom liefernden Niederspannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein Differenzverstärker (13) mit einem zweiten, mit einer Referenzspannungsquelle (12) verbundenen Eingang ist, dessen Ausgang mit seinem ersten Eingang über eine Gegenkopplung (15) verbunden ist.

2. Stromeinstellschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker einen pn.p-Transistor (Ti) und eine mit ihrer Anode mit dessen Emitter verbundene Diode (D₂) umfaßt, wobei die Basis des Transistors (Ti) mit der Referenzspannungsquelle (12) und sein Kollektor mit dem Minuspol (17) der Niederspannungsquelle verbunden ist, daß der Emitter des Transistors (t\) über einen Widerstand (R₂) und einen steuerbaren Schalter (T₃) mit dem Pluspol (16) der Niederspannungsquelle verbunden ist, und daß die Gegenkopplungsschleife einen npn-Verstärkertransistor (T₂) und die Diode (D₂) des Differenzverstärkers umfaßt, wobei der Emitter des npn-Verstärkertransistors (T₂) mit d-em Minuspol (17) der Niederspannungsquelle, seine Basis mit öem Kollektor des Transistors (Ti) des Differenzverstärkers ;ud sein den Verstärker-Ausgang bildender Kollektor mit der Kathode der Diode (D₂) verbunden sind.