DE2707020A1

DE2707020A1 - Einrichtung zum automatischen abgleich einer antennen-kopplung

Info

Publication number: DE2707020A1
Application number: DE19772707020
Authority: DE
Inventors: Conrad John Aylward
Original assignee: HATFIELD INSTR Ltd
Current assignee: HATFIELD INSTR Ltd
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1977-02-18
Publication date: 1978-01-12
Also published as: NL7612700A; DK527076A; NO763401L; GB1510755A

Description

Hatfield Instruments Limited

Burlington Way, Plymouth, Devon PL5 3LZ, England

Einrichtung zum automatischen Abgleich einer Antennen-Kopplung

Die Erfindung beschäftigt sich mit automatischen Antennen-Abstimmeinrichtungen, die insbesondere mit Gleichstrom-Motoren angestimmt werden, wobei mit der Abstimmeinrichtung die Werte eines variablen Kondensators und einer variablen Induktion verändert werden können. Die Induktion und der Kondensator sind zu einer L-Koppelschaltung zwischen einem HF-Sander und der Antenne geschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der genannten Einrichtung eine automatische Abstimmung der Kondensator- und Induktions-Werte auf ein Minimum des Welligkeitsfaktors zu erreichen, wobei eine relativ einfache und hochwirksame Steuereinrichtung benutzt werden soll.

Erfindungsgemäß wird dazu eine Regeleinrichtung geschaffen, die automatisch die erforderliche Anpassungsgenauigkeit der Impedanz zwischen HF-Sender und Antenne schafft, welche

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an den Sender über eine eine Induktion und einen Kondensator enthaltende Koppelschaltung angekoppelt ist, wobei die Induktivität der Induktion wie auch die Kapazität des Kondensators durch jeweils einen Elektromotor eingestellt werden können. Die Regeleinrichtung weist einen Detektor für den Welligkeitsfaktor auf, dessen Ausgangssignal für die Genauigkeit der Impedanzanpassung durch die Koppelschaltung repräsentativ ist; die Regeleinrichtung weist ferner eine Anordnung auf, die auf das Ausgangssignal des Detektors ansprichtwenn das Ausgangssignal einen geringeren als vorgegebenen Grad der erreichten Anpassung darstellt, wobei die Anordnung den Stellmotor für die Induktion in eine Richtung aktiviert, die die maximale erzielbare Anpassung ermöglicht, wonach der Stellmotor für den Kondensator in eine Richtung aktiviert wird, die eine durch den Kondensator erreichbare maximale Anpassung ermöglicht.

Die Erfindung wird im einzelnen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlicher hervorgehen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Regeleinrichtung für die Antennen-Abstimmung, welche die Merkmale der Erfindung verkörpert;

Fig. 2a ein Schaltplan des hauptsächlichen Teiles der Anordnung aus Fig. 1;

Fig. 2b eine Schaltung, die als Steuerschaltung für

den Motor aus Fig. 1 verwendet werden kann;

und Fig. 3 eine Schaltung, die als bistabiler Trigger in

den Schaltungen aus Fig. 2a und 2b verwendet

werden kann.

Gemäß Fig. 1 ist ein HF-Sender 1 an eine Antenne 2 mittels einer L-Schaltung gekoppelt, die aus einer Reiheninduktion

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und einem quer liegenden Kondensator 4 besteht. Die beiden letzt erwähnten Schaltungskomponenten können mit jeweils einem Stellmotor 5,6 auf bestimmte Werte ihrer Induktivität und Kapazität eingestellt werden.

Ein Detektor 7 für den Welligkeitsfaktor ist mit dem Verknüpfungspunkt zwischen Sender 1 und Antennenkoppelschaltung 3,4 so verbunden, daß die von ihm abgegebene Gleichspannung in dem MaBe zunimmt, in dem sich die Anpassung zwischen Sender und Koppelschaltung verbessert. Dieses Signal wird einem Verstärker 8 und dann einer Schwellwertschaltung 9 zugeführt, welche die Spannungsversorgung für die Stellmotoren 5,6 abschalten kann, wenn das Eingangssignal einen Wert annimmt, der das Erreichen der Impedanz-Anpassung in der gewünscht en Genauigkeit anzeigt.

Das Signal aus dem Verstärker 8 wird ferner einem weiteren Verstärker 10 zugeführt, dessen Ausgangssignal aus positiven Impulsen besteht, wenn die Spannung am Ausgang des Verstärkers 8 ansteigt, und aus negativen Impulsen besteht, wenn der Ausgang des Verstärkers 8 abfällt.

Die Ausgangsimpulse aus dem Verstärker 10 werden einem Polaritätswähler 11 zugeführt, dessen negative Impulse einem bistabilen Trigger 12 zugeleitet werden, der abwechselnd den Stellmotor 5 für die Induktion und den Stellmotor 6 für den Kondensator beaufschlagt. Die positiven Impulse aus dem Wähler 11 gelangen über Gatter 13,14, die durch entsprechende Ausgänge des bistabilen Triggers 12 vorbereitet werden, zu entsprechenden bistabilen Triggern 15,16, die die Laufrichtung der Stellmotore 5,6 bestimmen. Die Ausgänge der bistabilen Trigger 12,15,16 werden einer Motorsteuereinheit 17 zugeführt, die geeignete Schalter zur Ausführung der notwendigen Steuerfunktionen enthält.

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Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. In der nachfolgenden Beschreibung werden die den vereinfachten Schaltungsteilen aus Fig. 1 zugeordneten Bezugszeichen den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile aus Fig. 2 in Klammern nachgesetzt.

Die Schaltung gemäß Fig. 2 nimmt Signale aus dem Welligkeitsfaktor-Detektor 7 an den Eingangsanschlüssen 31,32 auf, von denen der erstere direkt zu einem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 33 (8) führt. Der Eingangsanschluß 32 leitet WechselSpannungssignale über einen Kondensator 34 zur Erde ab und wird auf geeignter Gleichspannung mittels einer Spannungsteilerkette aus einem Widerstand 35, einem Potentiometer 37 und einem weiteren Widerstand 36 gehalten, welche zwischen die spannungsführende Schiene 38 und die geerdete Schiene 39 geschaltet ist. Der Eingangsanschluß ist direkt mit dem Schleifer des Potentiometers 37 verbunden und führt über einen Widerstand 40 zu dem invertierenden Eingang des Verstärkers 33. Dieser Eingang ist ferner über einen Rückkopplungswiderstand 41 mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 33 verbunden. >

Die Verstärkerausgangsspannung stellt die erreichte Genauigkeit der Impedanzanpassung dar und nimmt an Größe zu, wenn die Anpassung sich verbessert. Die Verstärkerausgangsspannung wird über einen Widerstand 42 einer Auslöse-Schwellwertschaltung (9) zugeführt, die im vorliegenden Beispiel aus einer Schmitt-Triggerschaltung mit den Transistoren 4 3,44 besteht, die über eine gemeinsame Impedanz, bestehend aus einem Konstant-Strom-Transistor 45, emitter-gekoppelt sind. Die Kollektoren der Transistoren 43,44 sind jeweils über einen Widerstand 46,47 an die Erdleitung gelegt, und der Kollektor des Eingangstransistors 43, dessen Basis das Treibersignal empfängt, ist direkt mit der Basis des Transistors 44 verbunden, welche über den Widerstand 48 an die spannungsführen-

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den Schiene gelegt ist. Die Basis des Konstantstrom-Transistors 45 wird über einen Spannungsteiler, bestehend aus einer Diode 49 und die Reihenwiderstände 50,51, auf geeignetem Potential gehalten, wobei die genannte Reihenschaltung zwischen die spannungsführende Schiene 38 und Erdschiene geschaltet ist. Die Basis des Transistors 45 liegt am Verknüpfungspunkt der Widerstände 50,51, welche für Wechselspannungssignale über einen Kondensator 52 geerdet ist. Die Diode 49 dient zu Kompensation thermischer Schwankungen in der Basis-Emitter-Diode des Transistors 45.

Wenn das der Basis des Eingangstransistors 43 des Schmitt-Triggers zugeführte Signal unter dasjenige fällt, das an der Basis des Ausgangstransistors 44 steht, wird der erstere gesperrt und der letztere wird leitend, so daß ein Schalttransistor 53 gesperrt wird. Wenn der Schalttransistor 53 leitet, erdet er die Basis eines weiteren Schalttransistors 54, dessen Kollektor direkt mit der spannungsführenden Schiene 38 verbunden ist und dessen Emitter direkt die Versorgungsleitung für die Stellmotore darstellt und dessen Basis zur spannungsführenden Leitung über einen Widerstand 55 zurückgeführt ist. Der leitende Transistor 54 versorgt den Stellmotor mit Strom, so daß die Antennen-Abstimmeinheit eine entsprechende Abstimmung vornehmen kann.

Der Kollektor de· Schalttraneietore 53 ist ebenfalls mit der spannungsführenden Leitung 38 über eine Reihenschaltung zweier Widerstände 56,57 verbunden, deren Verknüpfungspunkt an der Basis eines pnp-Transistors 58 liegt, dessen Emitter an der spannungsführenden Leitung 38 liegt und dessen Kollektor über einen Kondensator 59 mit der spannungsführenden Leitung 38 verbunden ist und außerdem über einen Widerstand 60 zum Verbindungspunkt 61 des Widerstands 56 mit dem

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Kollektor des Schalttransistors 53 gekoppelt ist. Wenn somit Transistor 53 leitet, wird der Verknüpfungspunkt 61 geerdet und wenn Transistor 53 abgeschaltet ist, wird ein konstanter Strom dem Verknüpfungspunkt 61 zugeführt.

Der Ausgang des Verstärkers 33 wird weiterhin über eine Leitung 62 einzelnen Widerständen 63,64 zugeführt, welche jeweils mit dem invertierenden und dem nicht-invertierenden Eingang eines Verstärkers 65 verbunden sind. Dem Verstärker 65 wird eine frequenz-korrigierte Rückkopplung über einen Widerstand 66 und einen Kondensator 67 zugeführt. Der invertierende Eingang des Verstärkers 65 ist mit dem Verknüpfungspunkt 61 gekoppelt; dieser Eingang wird daher geerdet, um die Verstärkungswirkung zu unterdrücken, wenn Transistor 53 eingeschaltet ist, und wird mit der spannungsführenden Schiene über eine im wesentlichen unendliche Impedanz verbunden, wenn der Transistor 53 abgeschaltet ist.

Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 65 wird an den Verbindungspunkt 61 über einen Kondensator 68 zurückgeführt, so daß die an diesen Verstärkereingang auftretenden Signale hinter jenen herhinken, die am invertierenden Eingang stehen. Somit wird auf ein ansteigendes Potential am Ausgang des Verstärkers 33 hin eine positiver Impuls am Ausgang des Verstärkers 65 auftreten, während ein abfallendes Potential am Ausgang des Verstärkers 33 zu einem negativen Impuls am Ausgang des Verstärkers 65 führen wird.

Die am Ausgang des Verstärkers 65 auftretenden Impulse werden der Impulstrennschaltung zugeführt, die von einem komplementären Diodennetzwerk gebildet wird. Die Verstärkerausgangs-Signale werden über die Reihenschaltung eines Kondensators und einen Widerstand 71 zur Kathode einer Diode 72 geführt, deren Anode geerdet ist, sowie zur Anode einer Diode 73 ge-

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führt, deren Kathode mit einem Eingang von zwei noch später zu beschreibenden UND-Gattern 77,78 verbunden ist. Die Kathode der Diode 73 liegt ferner über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 74 und einer Diode 75 an der Erdleitung, deren Kathode mit der Kathode der Diode 73 verbunden ist. Positive Impulse am Ausgang des Verstärkers 65 gelangen somit zu den Gattern 77 und 78.

Der Ausgang des Verstärkers 65 ist ferner mit einem ähnlichen, jedoch umgekehrt gepolten Netzwerk verbunden, das aus einem Kondensator 80, Widerstand 81, Dioden 82,83,85 und einem Widerstand 84 besteht. Dieses Netzwerk läßt negative Impulse aus dem Ausgang des Verstärkers 65 zum Eingang einer ersten bistabilen Schaltung 110 (12) gelangen. Die direkten und negativen Ausgänge der bistabilen Schaltung 90 werden über Widerstände 111, 112 geführt, und bewirken, daß der Stellmotor 5 für die Induktivität u. der Stellmotor 6 für den Kondensator laufen. Die Laufrichtung dieser Motore wird bestimmt durch die Einstellungen der jeweiligen bistabilen Schaltungen 113 (13) und 114 (14), die wie folgt gesteuert werden.

Wenn die bistabile Schaltung 110 so steht, daß der Stellmotor 5 für die Induktion läuft, erscheint ein positives Signal am direkten Ausgang und wird das UND-Gatter 76 vorbereiten; wenn ein positiver Ausgangsimpuls aus dem Verstärker 65 ebenfalls an dieses Gatter gelangt, dann wird er von dem Gatter durchgelassen und ein negatives Ausgangssignal wird einem Eingang der bistabilen Schaltung 113 über einen Kondensator 77 und eine Diode 87 zugeführt. Der Verbindungspunkt des Kondensators 77 mit der Diode 78 wird über einen Widerstand 79 auf Erde gelegt. Wenn der Stellmotor dann in derjenigen Richtung läuft, daß die Anpassung verbessert wird, dann bleibt der Verstärkerausgang auf gleicher Polarität.

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Stellmotor 5 wird durch Endschalter 86,87 (18) gesteuert, die jeweils an die gegenüberliegenden Enden der Einstell möglichkeit der Induktion betätigt werden können. Diesen Schaltern wird das Potential zugeführt, das an dem Abgriff eines Spannungsteilers aus den Widerständen 88 und 89 steht, welcher zwischen der spannungsführenden Leitung und der Erdleitung liegt. Dieser Abgriff ist ferner über einen Kondensator 90 mit der Erdleitung verbunden. Wenn einer der Schalter 86,87 geschlossen wird, dann wird das an dem Spannungsteilerabgriff stehende Signal über eine Diode 91 einem Inverter 93 zugeführt, dessen Eingang über einen Widerstand 92 an Erde liegt, wobei der Inverter dann ein negatives Signal liefert, das über einen Kondensator 94 und eine Diode 95 dem Eingang der bistabilen Triggerschaltung 113 zugeleitet wird. Ein Widerstand 96 verbindet den Verknüpfungspunkt zwischen Kondensator 94 und Diode 95 mit der Erdleitung. Das negative Signal am Ausgang des Inverters 93 wird ferner über eine Diode 97 dem Eingang der bistabilen Schaltung 110 zugeleitet, so daß diese Schaltung ihren Zustand verändert und der Stellmotor für den Kondensator jetzt aktiviert wird.

Wenn der Stellmotor 5 in der falschen Richtung zu laufen beginnt, dann erscheint ein positiver Impuls am Ausgang des Verstärkers 65 und wird dem bistabilen Trigger 103 zugeleitet, der die Laufrichtung umkehrt.

Wenn eine Null durchläuft, die ein Maximum im Ausgangssignal des Welligkeitsfaktor-Detektors ergibt, dann wird das Signal am Ausgang des Verstärkers 65 ebenfalls positiv und kehrt somit die Laufrichtung des Stellmotors 5 um, so daß die Einstellung der Induktion geändert wird und die Null wieder in der umgekehrten Richtung durchlaufen wird. Ein negativer Impuls wird somit am Ausgang des Verstärkers 65 erzeugt und der bistabilen Triggerschaltung 110 zugeführt, um den Stellmotor für den Kondensator einzuschalten, anstatt den Stellmotor 5 für die Induktion. Wenn dies eintritt, wird

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UND-Gatter 98 durch ein Signal geöffnet, das ihm vom bistabilen Trigger zugeführt wurde, und Gatter 76 wird entsprechend gesperrt. Somit wird ein positives Signal am Ausgang des Verstärkers 65 dafür sorgen, daß Gatter 98 ein negatives Ausgangssignal erzeugt, das über einen Kondensator 99 und eine Diode 100 dem Eingang des bistabilen Triggers 114 zugeführt wird, welcher die Laufrichtung des Stellmotors für den Kondensator umkehrt. Die weitere Arbeitsweise des Stellmotors 6 für den Kondensator ist ähnlich derjenigen für den Stellmotor 5 für die Induktion mit der Ausnahme, daß die Grenzschalter in diesem Fall unnötig sind. Wenn sie erforderlich sein sollten, können sie in ähnlicher Weise wie für den Stellmotor 5 für die Induktion geschaltet werden.

Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 33 eine vorbestimmte Größe erreicht, und anzeigt, daß ein zufriedenstellend niedriger Welligkeitsfaktor erreicht wurde, dann wirdder Schmitt-Trigger 43,44 betätigt und bewirkt, daß der Schalttransistor 53 leitet, so daß Transistor 54 abschaltet und die Stellmotor-Stromversorgung unterbricht.

Wenn der Transistor 53 abgeschaltet wird, wird ein Positiv-Signal von seinem Kollektor über einen Kondensator 102 und einen Widerstand 103 einen: Eingang eines UND-Gatters 104 zugeleitet, welcher über einen Widerstand 105 mit der Erdleitung verbunden ist. UND-Gatter 104 wird von einem Signal aus der bistabilen Triggerschaltung 110 immer dann geöffnet, wenn der Stellmotor 6 für den Kondensator in Tätigkeit ist. Gatter 104 liefert dann ein negatives Ausgangssignal, das über einen Kondensator 106 und eine Diode 107 dem Eingang der bistabilen Triggerschaltung 110 zugeleitet wird. Der Verbindungspunkt des Kondensators 106 mit der Diode 107 liegt über einen Widerstand 118 an Erde. Der Sinn dieser Anordnung besteht darin, sicherzustellen, daß jeweils der die Induktion

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steuernde Motor vor demjenigen eingeschaltet wird, der den Kondensator verstellt. Wenn die bistabile Triggerschaltung 110 sich im unrichtigen Zustand bei Eintreffen eines S tellbefehls befindet, wird sie in der geeigneten Weise zurückgesetzt.

über der Gleichspannungsschiene 38 und der Erdschiene 39 ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 108 und einer Diode 109, überbrückt durch einen Kondensator 119, geschaltet. Mit dieser Einrichtung soll eine thermische Kompensation für die Dioden in der Schaltung erreicht werden.

Fig. 3 zeigt eine bistabile Schaltung 120, die für jede der bistabilen Schaltungen 110,113,114 aus Fig. 2 verwendet werden kann. Die an der Eingangsleitung 121 aufgenommenen Signale werden über Kondensatoren 122,123 einem Eingang je eines von zwei invertierenden UND-Gattern 124, 125 zugeleitet. Dieser Eingang für jedes Gatter wird über jeweils einen Widerstand 126,127 mit dem Ausgang des zugehörigen Gatters verbunden. Die verbleibenden Eingänge jedes Gatters sind über Kreuz mit dem Ausgang des anderen Gatters verbunden. Die Gatterausgänge laufen dann durch Treiberstufen 128,129 zur Aktivierung der jeweiligen Ausgangsleitungen 130,131. Man sieht, daß in Abhängigkeit zu aufeinanderfolgenden Negativ-Impulsen, die an der Eingangsleitung 121 der Schaltung aufgenommen werden, alternativ zwei stabile Zustände eingenommen werden, wobei sich Signale auf den Leitungen 130,131 alternativ ergeben.

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Claims

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Patentansprüche

\ 1./Regeleinrichtung zum automatischen Impedanzabgleich zwischen einem HF-Sender und einer Antenne, die an den Sender über eine Koppelschaltung bestehend aus einer Induktion und einem Kondensator, angeschlossen ist, wobei die Induktivität der Induktion und die Kapazität des Kondensators durch je einen elektrischen Stellmotor verstellbar sind, mit einem Detektor (7) für den Welligkeitsfaktor, dessen Ausgangssignal für die Genauigkeit der Impedanzanpassung, die durch die Koppelschaltung erreicht ist, repräsentativ ist, sowie mit einer Anordnung (8...16), die auf ein Ausgangssignal des Detektors anspricht, welches einen geringeren als vorbestimmten Anpassungsgrad anzeigt^und den Stellmotor (5) für die Induktion in einer Richtung schaltet, in der mit der Induktion optimale Anpassung erreicht werden kann, und danach den Stellmotor (6) für den Kondensator in eine Richtung schaltet, in der mit dem Kondensator optimale Anpassung erreicht werden kann.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Detektors (7) für den Welligkeitsfaktor einer Schwellwertschaltung (9) zugeführt ist, die in Abhängigkeit von dem einen vorbestimmten Schwellwert übersteigenden Ausgangssignal des Detektors die Stellmotorstromversorgung unterbricht.

ORIGINAL INSPECTED

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung für die Stellmotore eine erste bistabile Triggerschaltung (12) aufweist, die in einem ihrer stabilen Zustände den Stellmotor (5) für die Induktion schaltet und im anderen stabilen Zustand den Stellmotor (6) für den Kondensator schaltet.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrichtung der Stellmotore von der Einstellung einer weiteren bistabilen Schaltung <15,16;113,114) bestimmt ist, welche von der ersten bistabilen Schaltung (12; 110) gesteuert wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Detektors (7) einer Schaltung zugeführt wird, die bei Zunahme der Größe des Ausgangssignals des Detektors (7) Impulse einer Polarität und Impulser einer entgegengesetzten Polarität bei Abnahme der Größe des Ausgangssignals erzeugt, wobei die Impulse der einen Polarität zur Auswahl der Stellmotore und die Impulse der anderen Polarität zur Auswahl der Laufrichtung der Stellmotore verwendet werden.
6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrichtung der Stellmotore umgekehrt wird, wenn die Einstellung an der Induktion oder dem Kondensator gegen Endschalter (18) anläuft, wobei die Ausgangssignale der Endschalter der weiteren bistabilen Triggerschaltung zugeführt werden.
7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslöseimpuls der ersten bistabilen Triggerschaltung zugeführt wird, wenn sie sich bei Ansprechen der Schwellwertschaltung (9) in einem Zustand befindet, der zum Einschalten des Stellmotors für die Induktion nicht geeignet ist.