DE2713549A1

DE2713549A1 - Leistungsverteilungs- und modulationsanordnung

Info

Publication number: DE2713549A1
Application number: DE19772713549
Authority: DE
Inventors: Pieter Bikker
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1977-10-20
Also published as: JPS52123856A; FR2347821A1; DE2713549C3; NL7603687A; FR2347821B1; US4160960A; GB1519944A; DE2713549B2; JPS6046843B2; CA1091311A

Description

"Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsverteiluiigs- und Modulationsanordnung mit einer HF-Trägerstufe an deren Ausgang über je einen i/47\ -Transformator mindestens zwei in ihrer Grosse regelbaren Impedanzen angeschlossen sind, die von Modulationssignalquellen angesteuert werden.

Eine derartige Anordnung wird u.a. in Funknavigationssystemen zur Azimut-Bestimmung, insbesondere in einem sogenannten "Doppler Very High Omni-range Radio" -(DVOR)-System verwendet. In einem Doppelseitenband-Doppler •rVOR-System enthält die Sendeanordnung eine in die Mitte eines Kreises gestellte Antenne, die mit einem allseitig

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gerichteten Slrahlungsmuster ein mit einem 30 Hz-Signal amplitudenmoduliertes Trägersignal ausstrahlt und eine Anzahl, beispielsweise ^8, Antennen regelmässig über den Umfang des Kreises verteilt, mit deren Hilfe ein mit einer Geschwindigkeit von 30 Hz sich drehendes Riehtstrahlungsmuster ausgestrahlt wird und zwar- dadurch, dass nacheinander Paare diametral einander gegenüberliegender Antennen erregt werden, wobei einer Antenne eines Paares das obere Seitenbandsignal und der anderen Antenne das untere Seitenbandsignal des von einem 9960-Hz-Hilfssignal modulierten Trägersignals zugeführt wird. Dabei ist die Phase des 30 Hz-Signals des allseitig gerichteten Strahlungsmusters gegenüber der Phase einer durch Drehung des Richtstrahlungsmusters erhaltenen 30-Hz-Frequenzmodulatioii auf dem Hilfssignal derart gewählt worden, dass diese in einer bestimmten Richtung zusammenfallen. Dadurch, dass an einer beliebigen Stelle der Phasenunterschied zwischen den genannten Signalen gemessen wird, ist das Azimut, unter dem dieser Punkt liegt gegenüber der bestimmten Richtung bekannt.

Die eingangs erwähnte Anordnung bezweckt, eines der in der Sendeanordnung erzeugten Seitenbandsignale zu verstärken und den Antennen zuzuführen. Dazu ist die HF-Trägerstufenanordnung als Leistungsverstärker ausgebildet und jede der Impedanzen ist als Parallelschaltung einer durch eine an die Anordnung angeschlossene Antennenspeise-

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leitung gebildeten Belastungsimpedanz und einer mit dem Steuereingang versehenen Absorptionsschaltung ausgebildet.

Um zu vermeiden, dass durch plötzliches Umschalten von der einen Antenne auf die nächste Antenne unerwünschte Frequenzanteile erzeugt werden, wird eine gleichmässigere Umschaltung angewandt» Dazu ist die Form der den Steuereingängen der Absorptionsschaltung zugeführten Modulationssignale ein Halbsinus, der bei einem Sender, bei dem beim Umschalten nur zwei aufeinanderfolgende Antennen gleichzeitig angeregt sind, vorzugsweise um 180° phasenverschoben ist. Diese Modulationssignale ändern die Impedanzen der als PIN-Dioden ausgebildeten Absorptionsschaltungen und damit die Abschlussimpedanzen der 1/4 λ -Transjf ormatoren. Dadurch ist die Impedanz der Stelle der gemeinsamen Anschlussklemme nicht konstant; dies hat zur Folge, dass ein sich ändernder Teil des vom Leistungsverstärker der HF-Trägerstufe dieser Klemme zugeführten HF-Signals reflektiert wird, was u.a. zu Phasenverzerrung im Leistungsverstärker führt.

Die Erfindung bezweckt nun, die Impedanz an der Stelle der gemeinsamen Anschlussklemme von den regelbaren Impedanzen unabhängig zu machen.

Die erfindungsgemässe Anordnung weist dazu das Kennzeichen auf, dass eine mit Modulationssignalquellen verbundene Summieranordnung vorgesehen ist, deren Ausgang ' zum Zuführen der Modulationssignale an die HF-Trägerstufe

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mit dieser verbunden ist, so dass ein der Summe der Modulationssignale proportionales amplitudenmoduliertes Trägersignal abgegeben wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Schaltplan der Leistungsverteilungsund Modulationsanordnung nach der Erfindung, Fig. 2 den Ersatzschaltplan der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig. h Modulationssignale, die in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel auftreten. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine HF-Trägerstufe 1, die über eine Uebertragungsleitung 2 einer gemeinsamen Anschlussklemme 3 ein Trägersignal zuführt. Von dieser Anschlussklemme 3 wird das Trägersignal einerseits über einen ersten 1/4 A-langen Uebertragungsleitungsabschnitt k mit der Ausgangsklemme 5 einer ersten in ihrer Grosse regelbaren Impedanz und andererseits über einen zweiten λ/h Λ -langen Uebertragungsleitungsabschnitt 7 mit der Ausgangsklemme 8 einer zweiten in ihrer Grosse regelbaren Impedanz 9 zugeführt. Die Impedanzen 6· und 9 sind mit Steuereingängen 10 und 11 versehen,

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denen von den Modulationssignalquellen 12 und 13 Modulationssignale zugeführt werden und zwar derart, dass diese Modulationssignale die Grosse der Impedanzen 6 und 9 ändern.

Die Abschlussimpedanz der Uebertragungsleitung 2 wird durch die Parallelschaltung der Eingangsimpedanzen der durch die 1/4^ -langen Uebertragungsleitungsabschnitte und 7 gebildeten 1/4^-Transformatoren gebildet. Diese Eingangsimpedanzen entsprechen den durch die 1/4Λ -Transformatoren 4 und 7 transformierten Impedanzen 6 und 9· Wegen der Tatsache, dass die Impedanzen 6 und 9 durch die Modulationssignale in ihrer Grosse geändert werden, hat diese Abschlussimpedanz ebenfalls einen in seiner Grosse sich ändernden Wert. Am Ende der Uebertragungsleitung 2 tritt dadurch eine in ihrer Grosse sich ändernde Reflexion auf, die das einwandfreie Funktionieren der HF—Trägerstufe beeinträchtigt.

Damit diese Reflexionen vermieden werden, werden die von den Modulationssignalquellen 12 und 13 abgegebenen Modulationssignale in einer Summieranordnung summiert und dieses Summensignal wird einer Steuerklemme 15 in der Figur nicht dargestellter Modulationsmittel für die HF-Trägerstufe 1 zugeführt, damit diese ein vom Summen sign al amplitudenmoduliertes Trägersignal abgibt.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird an Hand des in Fig. 2 dargestellten Ersatzschaltplanes näher erläutert,

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In dieser Figur sind die Ströme, die über die

Uebertragungsleitung 2, über die gemeinsame Anschlussklemme 3, die i/'4?i -Transformatoren k und 7 und über die Ausgangsklemmen 5 und 8 durch die Impedanzen 6 und 9 fliessen, infolge diesen Belastungsimpedanzen zugeführter Modulationssignale und die dazugehörenden Spannungen dargestellt.

Die durch die Modulationssignale an der Belastungsimpedanz bestimmten Spannungen sind durch E₁ und E„ bezeichnet .

Ein 1/4 ^\ -langer Uebertragungsleitungsabschnitt hat die Eigenschaft, dass die Eingangsimpedanz dem Quadrat der charakteristischen Impedanz dieser Uebertragungsleitung geteilt durch die Abschlussimpedanz entspricht. Die Eingangsimpedanz ist also der Abschlussimpedanz umgekehrt proportional, was bedeutet, dass die Ausgangsspannung dem Eingangsstrom proportional ist und umgekehrt. Die Eingangsströme sind für den ersten i/4/\ -Transformator k bzw. den zweiten 1 /k7\ -Transformator 7 durch I ' und I„ ' bezeichnet. Es gilt folglich:

E₁ = A I₁ · ( 1)

und E₂ = A I₂ ¹ (2)

Die Summe der Eingangsströme wird durch die Uebertragungsleitung 2 der gemeinsamen Anschlussklemme 3 zugeführt und entspricht:

I_t = I₁- ₊ I₂' (3)

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Substitution von (i) und (2) in (3) ergibt:

I_t = (E₁ + E₂)/A (k)

Die HF-Trägerstufe 1 liefert unter Ansteuerung der Summe der Modulationssignale eine Spannung entsprechend

(E₁ + E₂) (5)

Aus (4) und (5) folgt, dass die Impedanz an der Stelle der Anschlussklemme 3 dem nachfolgenden Wert entspricht:

(E₁ + E₂) / I_t = A.
Dadurch, dass die Grosse von A entsprechend der charakteristischen Impedanz der Uebertragungsleitung 2 gewählt wird, ist diese Uebertragungsleitung 2 reflexionsfrei abgeschlossen, wodurch die Aenderungen der Grossen der regelbaren Impedanzen das einwandfreie Funktionieren der HF-Trägerstufe nicht beeinträchtigen.

Es sei bemerkt, dass in der obenstehenden Erwägung auch von den durch die Impedanzen 6 und 9 fliessenden Strömen I₁ und I„ ausgegangen werden kann. Die HF-Trägerstufe 1 muss dann der gemeinsamen Anschlussklemme 3 einen durch die Summe der Modulationssignale amplitudenmodulierten Strom zuführen.

Veiter können als die in der Figur nicht dargestellten Modulationsmittel bekannte Amplitudenmodulatoren verwendet werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung wird u.a.

im Sender eines Doppler-VOR-Navigationssystems angewandt.

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Von diesem Sender ist in Fig. 3 der Teil zum Erzeugen und Verstärken eines unteren bzw. oberen Seitenbandsignals und zum aufeinanderfolgenden Zuführen dieses Signals zu den Antennen dargestellt.

Dazu enthält die HF-Trägerstufe 1 einen Trägersignalgenerator 16 und einen Hilfssignalgenerator 17, der ein 996O iHz-Signal erzeugt. Die beiden Signalgeneratoren sind an einen Modulator 18 angeschlossen, der einem Leistungsverstärker 19 ein oberes oder unteres Seitenbandsignal abgibt.

Das von diesem Verstärker 19 verstärkte Signal wird über die Uebertragungsleitung 2 einerseits über den i/4?\ -Transformator k der Ausgangsklemme 5 und andererseits über den i/47\ -Transformator 7 der Ausgangsklemme 8 zugeführt. Mit der Ausgangsklemme 5 ist über eine Antennespeiseleitung eine Gruppe von 24 geradzahligen Antennen von 48 an einem Kreisumfang in regelmässigen Abständen voneinander angeordneter Antennen verbunden und mit der Ausgangsklemme 8 Über eine Antennespeiseleitung 21 die Zk ungeradzahligen Antennen. Dabei werden auf nicht dargestellte Weise die Antennen aufeinanderfolgend an die Speiseleitungen 20 und angeschlossen und zwar zur Simulation eines sich mit einer Geschwindigkeit von 30 Hz am Kreisumfang bewegenden strahlenden Elementes. Damit vermieden wird, dass plötzlich von der einen Antenne auf eine benachbarte Antenne umgeschaltet " wird, werden die den Antennen zugeführten Signale durch

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Absorptionsschaltungen 22 und 23 amplitudenmoduliert und zwar mit einem halben Sinus und einem halben Cosinus. Auf diese Weise wird erhalten, dass wenn eine Antenne die maximale Strahlungsleistung erreicht hat, die benachbarte Antenne eingeschaltet wird. Die Hälfte der Periodenzeit der Modulationssignale später strahlen die beiden Antennen je die halbe Leistung aus und wieder die Hälfte der Periodenzeit der Modulationssignale später wird die genannte eine Antenne ausgeschaltet, die benachbarte Antenne strahlt die volle Leistung aus und die ihr benachbarte Antenne wird eingeschaltet usw.

Die Modulationssignale werden in einem Modulationssignalgenerator 24 erzeugt, der ein sinusförmiges Signal von 36Ο Hz zwei daran angeschlossenen Phasendrehern 25 und 26 zuführt. Diese drehen die Phase +45° und -k5° und führen diese Signale über Zweiweggleichrichter 27 und 28 Absorptionsschaltungen 22 und 23 zu.

Die diesen Absorptionsschaltungen 22 und 23 zugeführten halben Sinus- bzw. halben Cosinus-Schwingungen von 720 Hz sind in Fig. k dargestellt und durch 31 bzw. 32 bezeichnet.

Die Absorptionsschaltungen 22 und 23 enthalten PIN-Dioden 33 bzw. 3k, die zwischen dem Anschlussklemmen bzw. 8 und den Anschlussklemmen 35 bzw. 36 liegen. Diese Anschlussklemmen 35 und 36 sind über Kondensatoren 37 und 38, · die zum Sperren der Modulationssignale dienen, mit Erde verbunden.

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- Vö- -

Die Modulationssignale werden über Differenzverstärker 39 und 4O den Anschlussklemmen 35 und 36 zugeführt. Die Augenblickswerte der Widerstände der PIN-Dioden werden durch die Augenblickswerte der ihnen zugeführten Modulationssignale bestimmt, so dass die über die Uebertragungsleitungen 20 und 21 den Antennen zugeführten HF-Trägersignale einen Amplitudenverlauf entsprechend den in Fig. h dargestellten Modulationssignalen 3I und 32 aufweisen.

Die zwischen der Anschlussklemme 5 und Erde liegende Spannung entspricht also:

E = (cos. ψ )E (6)

und die zwischen der Anschlussklemme 8 und Erde liegende Spannung emtspricht also:

E₈ = (sin.^)E (7)

Die an die Anschlussklemme 5 angeschlossene Belastung entspricht

R₅ = 1/(1/R₁ + 1/R₀) (8)

wobei R₀ die Impedanz der Antennenspeiseleitung ist und der charakteristischen Impedanz dieser Leitungen entspricht

wenn diese gut abgeschlossen ist und wobei R₁ der Augenblicks 20

wert des Widerstandes der PIN-Diode 33 ist. Auf gleiche Weise entspricht die an die Anschlussklemme 8 angeschlossene Belastung dem Wert:

R₈ = 1/(1/R₂ + 1/R₀) (9)

wobei R„ der Augenblickswert des Widerstandes der PIN-Diode

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ist und R· die Impedanz der Antennenspeiseleitung 21.

Die Spannung E„ der allgemeinen Anschlussklemme kann in den Spannungen E und Eq der Ausgangsklemmen 5 und ausgedrückt werden. Wegen der transformierenden Wirkung der -Transformatoren gilt:

3 ~ ν ^ZiZ|^/R5 ^E5 ^¹⁰^

wobei Z.. und Z._ die Eingangsimpedanzen der \/h / -Transformatoren k und 7 sind. Für einen 1/4Λ -Transformator gilt 0

jedoch:

Z. = R */R (12)

ι 0 u ^v '

wobei Z. die Eingangsimpedanz ist, R die Ausgangsimpedanz und R die charakteristische Impedanz der Uebertragungsleitungsabschnitte k und 7· (12) substituiert in (1O) und (11) ergibt:

E₃ = (R₀A₅) E₅ (13)

^Und E₃ = (R_o/R₈) E₈ (U)

Weiter werden die Modulationssignale 31 und 32 in einer Summieranordnung lh summiert, wodurch das in Fig. h dargestellte Summensignal ^1 erhalten wird. Dieses Summensignal ^1 wird über einen Differenzverstärker 42 der Steuerklemme 15 von Modulationsmitteln im Leistungsverstärker 19 zugeführt, wodurch dieser der allgemeinen Anschlussklemme ein HF-Signal mit einer Modulationsspannung E, zuführt, die dem Summensignal 41 entspricht.

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Es gilt folglich:

E₃ = E₅ + E₈ (15)

Aus (15)t (7) und (8) folgt:

E = (cos. ^₊ sin (f> )E (16)

O⁶) 1 (7) ^und (⁸) substituiert in (13) ergibt:

E (sin. (f + cos ψ ) = S(R₁ + R₀)/rJ E sin. (f (17)

woraus folgt:

R₁ = R₀ tg^¹ ,

und (16), (6) und (9) substituiert in (1Ί) ergibt:

R₂ = R₀ cotg#> (18)

Die Impedanz in der gemeinsamen Anschlussklemme wird durch
die Parallelschaltung der Eingangsimpedanzen der λ/Η Λ -Transformatoren gebildet.

Diese Impedanz entspricht also:

R₃ = i/(i/z_i4 + i/z_i7) (19)

(17) und (18) in (8) und (9) und diese Auskünfte in (12)
ergeben:

^z±H = v ^(tg y^{+i) (2o)}

und

Z_±7 = R₀. (cotgy +1) (21)

(20) und (21) in (19) ergibt zum Schluss

R₃ = R₀ (22)

Daraus folgt, dass die Uebertragungsleitung 2 mit
der charakteristischen Impedanz R_n abgeschlossen ist und
dort keine Reflexionen auftreten, trotz der sich ändernden
Impedanzen R und R_ der PIN-Dioden 33 und 3'*·

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Zum Erhalten genauer Spannungssignale an den Anschlusspunkten 3» 5 und 8 sind diese Punkte über als Dioden k"}, kh und 4 5 augebildeten umhüllenden Detektoren an den negativen Eingangsklemmen der Differenzverstärker k2, 39 und ^O zu den Anschlussklemmen 35 und 36 und zum Steuereingang 15 zurückgekoppelt.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

( 1 .) Leistungsverteilungs- und Modulationsanordnung mit einer HF-Trägerstui'e an deren Ausgang über je einen i/'t Λ -Transformator mindestens zwei in ihrer Grosse rege I bare Impedanzen angeschlossen sind, die von Modulationssignalquellen angesteuert werden dadurch gekennzeichnet, dass eine mit den ModulationssignalquelLen (12, 13) gekoppelte Suraniieranordnung 0Ό vorgesehen ist, deren Ausgang zum Zuführen der Modulationssignale über eine Steuerklemme 05) ^an die HF-Trägerstufe mit dieser verbunden ist, so dass ein der Summe der Modulationssignale proportionales aniplitudenmoduliertes Trägersignal abgegeben wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der gemeinsamen Anschlussklemme (3) und der Steuerklemme (15) ein Gegenkopplungskreis vorgesehen ist. 3· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkopplungskreis einen Differenzverstärker ('*2) enthält, dessen einer Eingang an den Ausgang der Surnmieranordnung (1^) angeschlossen ist und dessen anderer Eingang über einen Umhüllenden-Detektor (O) mit der gemeinsamen Anschlussklemme (3) verbunden ist und dessen Ausgang an die Steuerklemme (15) angeschlossen ist.

k. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Gebrauch in einem Doppler-VOR-System.

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