DE2727750C2 - Sendesystem - Google Patents

Description

• Die Erfindung geht aus von einem Sendesystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein Leistungsoszillator mit einer Regelschleife zur Frequenzsteuerung ist aus der US-PS 28 91 157 bekannt.
• Viele der heute gebräuchlichen Sende- und Empfangseinrichtungen benutzen breitbandige Schaltkreise, die die Anzahl der Bauelemente, insbesondere die teueren verringern und die die Einrichtungen einfacher, leichter, kleiner und billiger und somit für einen Einsatz in Flugzeugen attraktiv machen. Der Leistungsverstärker eines breitbandigen Senders erzeugt aber nicht erwünschte Störstrahlungen innerhalb seines Bandes, was im allgemeinen keine Probleme aufwirft. Wenn jedoch, wie bei einem modernen Flugzeug, ein Sender in der Nähe eines Empfängers steht und beide etwa zur gleichen Zeit arbeiten, dann können die unerwünschten Störstrahlungen des Leistungsverstärkers Interferenzen mit den Empfängern erzeugen. Die Störstrahlungen werden deswegen hervorgerufen, weil die HF-Leistung von sehr kleinen Pegeln aus erzeugt wird, gewöhnlich wird von einigen Milliwatt ausgegangen. Breitbandige Verstärker bringen dann die Leistung auf einen hohen Pegel, bspw. 100 W. Es werden Verstärkungen von 40-60 db zwischen dem Pegel des Oszillators und dem Ausgangspegel erreicht. Diese hohe Verstärkung, die ja das Signal und die Störungen gleichermaßen beeinflußt, ist für die eventuelle Ausstrahlung der Störstrahlung verantwortlich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei bestehenden Sendesystemen ohne einen Eingriff in die innere Schaltung die breitbandigen Störstrahlungen unwirksam zu machen. Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
• Ein Grund für das erfolgreiche Arbeiten der erfindungsgemäßen Störbeseitigung ist die Benutzung eines geräuscharmen Leistungsoszillators. Da dieser Oszillator eine Leistung von etwa einigen Watt abgibt, wird nur eine relativ kleine Verstärkung zum Erreichen der benötigten HF-Leistung gebraucht. Der Leistungsoszillator wird digital und analog in seiner Frequenz eingestellt, wodurch er genau arbeitet. Der Oszillator ist so aufgebaut, daß das ursprüngliche Geräusch von ihm ferngehalten wird und daß jede breitbandige Störstrahlung am Ausgang nur gleich dem thermischen Rauschen von -174 dBm/Hz ist.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
• Fig. 1 eine Blockschaltung des Sendesystems;
• Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zwischen dem Sender und der Antenne eingesetzten Filters;
• Fig. 3 ein Blockschaltbild eine Leistungsoszillators;
• Fig. 4 ein Blockschaltbild der benutzten Einrichtung zur automatischen Frequenzsteuerung (AFC).
• In Fig. 1 ist vom Sendesystem ein modulierbarer breitbandiger HF-Sender 10 dargestellt, der über zwei Umschalter 12 mit einer Antenne 14 direkt oder über ein dynamisches Filter 16 mit der Antennte 14 verbunden werden kann. Die automatischen oder manuellen Einrichtungen zum Steuern der Umschalter 12 in Abhängigkeit von Leistung am Ausgang des Senders 10 sind nicht dargestellt. Das Filter 16, das später noch näher beschrieben wird, hält unerwünschte breitbandige Ausstrahlungen einschließlich breitbandigen Störstrahlungen und intern erzeugten Störsignalen, vom ausgesendeten Signal zurück. Es begrenzt die Ausstrahlung ausschließlich auf das gewünschte Signal. Das Filter 16 erzeugt eine große Nachbarkanalunterdrückung und kann große Leistungen mit niedrigen Verzerrungen verarbeiten. Es ist automatisch mit großer Geschwindigkeit äußerst exakt abstimmbar.
• Das Filter 16 ist in Fig. 2 dargestellt. Der Ausgang des HF-Leistungsverstärkers im breitbandigen Sender 10 ist mit dem Eingang 18 des Filters 16 verbunden. Im darauffolgenden Widerstandsblock 20 wird der größte Teil der Energie umgewandelt und nur ein kleiner Anteil ist dann an einen Begrenzer 22 gelegt. Im Begrenzer 22 wird das Signal stark begrenzt, um alle Anteile von Amplitudenmodulation (AM) zu entfernen. Der Ausgang des Begrenzers 22 ist mit einem Eingang 24 a einer digitalen automatischen Frequenzsteuerung (AFC) 24 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang des Begrenzers 22 mit einem Eingang 26 a eines Phasen/Frequenzdetektors 26 einer Phasenregelschleife 27 verbunden.
• Das Filter enthält als wichtigste Baustufe einen Leistungsoszillator 28, der automatisch auf die gleiche Trägerfrequenz wie das ursprüngliche HF-Signal abgestimmt werden muß und der die gleiche AM-, FM- oder Phasenmodulation erhalten muß. Darüber hinaus muß der Leistungsoszillator 28 besonders geräuscharm sein. Der Begrenzer 22 liefert eine Phasen/Frequenzinformation an zwei separate Regelschleifen für den Leistungsoszillator 28. Eine schnelle, grobe Abstimmung wird durch die digitale AFC 24 erreicht, die den Leistungsoszillator 28 grob auf einige Prozent genau auf die Trägerfrequenz einstellt. Die genaue Einstellung wird durch die Phasenregelschleife 27 vorgenommen, die den Leistungsoszillator 28 ohne Fehler genau auf die Trägerfrequenz einstellt. Die Phasenregelschleife 27 folgt auch jeder Phasen- oder Frequenzmodulation des ursprünglichen Signals innerhalb der Schleifenbandbreite und moduliert auf diese Art den Leistungsoszillator mit dem ursprünglichen Modulationssignal.
• Der Ausgang des Leistungsoszillators 28 ist mit dem zweiten Eingang 24 b der digitalen AFC 24 verbunden, wo das Oszillatorsignal digital mit der ursprünglichen Trägerfrequenz verglichen wird. Das Oszillatorsignal gelangt auch auf den zweiten Eingang 26 b des Phasen/ Frequenzdetektors 26, wo ein analoger Vergleich stattfindet. Das regenerierte Trägersignal des Leistungsoszillators 28 gelangt dann zum AM-Modulator 30. Nach der Amplitudenmodulation erfolgt in einem Leistungsverstärker 32 eine Verstärkung. Das Signal gelangt dann über ein Harmonischenfilter 34 an die Ausgangsklemme 36 und von dort, wie schon beschrieben, über den Umschalter 12 auf die Antenne 14.
• Wie oben beschrieben, erfolgt die Abstimmung des Leistungsoszillators 28 in zwei Stufen. Die Grobabstimmung erfolgt durch die digitale AFC 24, die das ursprüngliche Signal am Ausgang des Begrenzers 22 mit dem regenerierten Trägersignal am Ausgang des Leistungsoszillators vergleicht. Die Schleife der digitalen AFC 24 enthält ein sich nach und nach anpassendes Register, dessen Inhalt automatisch durch den angelegten Takt eines Tektgenerators 38 weitergeschoben wird. Die digitale AFC 24 erzeugt ein digitales Wort, das ein bestimmtes L-C-Netzwerk zur Grobeinstellung des Oszillators 28 auswählt.
• Durch den analogen Vergleich zwischen dem ursprünglichen Signal am Ausgang des Begrenzers 22 mit dem regenerierten Trägersignal am Ausgang des Leistungsoszillators 28 im Phasen/Frequenzdetektor 26 ergibt sich eine Fehlerspannung, deren Amplitude proportional der Differenz zwischen den angelegten Signalen ist. Diese Fehlerspannung wird über einen Integrator 40 ( Schleifenfilter) auf den Leistungsoszillator 28 zur Feinabstimmung gegeben. Störsignale werden im Leistungsoszillator 28 nicht reproduziert, da diese außerhalb des Bandpasses des Integrators 40 liegen. Wenn das Signal am Ausgang des Integrators 40 sich nicht mehr ändert, dann ist das System in Phase und Frequenz eingerastet. Ein Rastdetektor 42 erfaßt diesen Zustand und hält den Taktgenerator 38 an, so daß die AFC 24 anhält.
• Da vom Begrenzer 22 jede Amplitudenmodulation abgeschnitten ist, weist auch das Oszillatorsignal keine Amplitudenmodulation auf. Zur Wiederherstellung des Amplitudensignales wird die Amplitudenmodulation durch einen Detektor 44 hergeleitet, der an den Ausgang des Widerstandsblockes 20 angeschlossen ist. Der Ausgang des Detektors 44 ist mit einem Eingang 46 a eines hochverstärkenden Spannungskomparators 46 verbunden. Der andere Eingang des Komparators 46 ist mit dem Ausgang eines Detektors 48 verbunden, der an die Ausgangsklemme 36 angeschlossen ist.
• Am Ausgang des Spannungskomparators 46 ist eine Spannung vorhanden, die den Unterschied zwischen den Amplituden der an den Eingängen 46 a und 46 b angelegten Spannungen repräsentiert. Der Ausgang des Komparators 46 ist über ein Schleifenfilter 50 mit dem Amplitudenmodulator 30 verbunden. In der rückwärts gerichteten Regelschleife wird also das HF-Ausgangssignal mit dem HF- Eingangssignal verglichen. Die Regelschleife dient zur Amplitudenmodulation des Ausgangssignales des Leistungsoszillators, damit die ursprüngliche Modulation wiederhergestellt ist. Eine rückwärts gerichtete Regelschleife ist besser als eine vorwärts gerichtete, um alle Nichtlinearitäten im Modulator und Verstärker auszuschalten. Durch diese Anordnung werden alle möglichen Nichtlinearitäten in den Schleifenkreis gelegt und ihre Auswirkungen werden um den Verstärkungsfaktor der offenen Schleife reduziert. Daher ist die Modulation des Ausgangssignales ein getreues Abbild der Modulation am Eingang, mit äußerst kleinen durch den Modulationsprozeß hervorgerufenen Störungen. Der Komparator 46 verstärkt die am Eingang und Ausgang vorhandene Modulation um sie innerhalb der Bandbreite des durch den Integrator 50 gebildeten Schleifenfilters zu halten.
• Wenn der Sender 10 nicht amplitudenmoduliert ist, so kann der Amplitudenmodulator 30 entfallen.
• Die Grundlage des beschriebenen Filters ist die Technik der Regeneration eines sauberen HF-Signales aus einem ursprünglichen Träger großer Leistung. Das regenerierte HF-Signal ist rein, da der Oszillator ein Signal hoher Leistung abgibt, ohne daß Verstärkerstufen dazwischengeschaltet sind. Das Resultat ist, daß das Ausgangssignal keine Störgeräusche oberhalb des thermischen Rauschens (-174 dBm/Hz) enthält.
• In Fig. 3 ist der Leistungsoszillator 28 dargestellt. Wie üblich ist ein Resonanznetzwerk vorhanden, über dem ein negativer Widerstand 58 liegt. Im vorliegenden Fall enthält das Resonanznetzwerk eine Vielzahl von einschaltbaren Resonanzkreisen 52, die von der AFC 24 eingeschaltet werden oder nicht. Im dargestellten System sind acht binäre Stellen vorhanden, so daß 256 Kombinationen der Resonanzkreise des Resonanznetzwerkes möglich sind, um die Grobabstimmung des Oszillators 28 zu erreichen. Zur Feinabstimmung sind zwei entgegengesetzt gepolte und in Reihe liegende Kapazitätsdioden 54 und 56 vorgesehen. Das Schleifenfilter 40 steuert die Einstellung der Kapazitätsdioden 54 und 56. Jede Phasen- und/oder Frequenzmodulation des ursprünglichen Trägersignales kann das Schleifenfilter 27 durchlaufen, wogegen die Störgeräusche außerhalb der Bandbreite des Filters liegen und somit im regenerierten Träger nicht erscheinen. Der negative Widerstand 58 ist aus einem Feldeffekttransistor gebildet, der über das Resonanznetzwerk geschaltet ist. Maximale Leistung bei geringsten Störgeräuschen erhält man, wenn das Ausgangssignal direkt vom Resonanznetzwerk 52 abnimmt.
• Die digitale AFC 24 ist in Fig. 4 dargestellt und sie besteht hauptsächlich aus einem Analog/Digital-Wandler, der ein sich nach und nach anpassendes Register 60 enthält. Das Register 60 weist zwei Eingänge auf, an dem einen 60 a wird ein Takt des Taktgenerators 38 und an dem anderen 60 b der Ausgang eines Komparators 62 angelegt.
• Der Taktgenerator 38 liefert eine Serie von Impulsen, die das Register jeweils einen Schritt weiterstellen. Das Signal am Ausgang des Komparators 62 ist binär und gibt an, ob die Frequenz des Oszillators 28 ober- oder unterhalb der gewünschten Frequenz, z. B. des Begrenzers 22, liegt.
• Beim Weiterschalten des Registers gibt dieses ein binäres Signal ab, das angibt, ob der Frequenzfehler positiv oder negativ ist. Jeder Schritt des Registers halbiert den Fehler, so daß der Fehler auf einen kleinen Wert reduziert wird, der im Bereich der Steuerspannung am Ausgang des Schleifenfilters 40 liegt. Mit dieser Steuerspannung wird die Feinabstimmung auf den exakten Wert des Trägers vorgenommen.
• Die Erfindung benutzt einen einzigartigen Leistungsoszillator von etwa 1 Watt Leistungsabgabe, der sehr schnell digital grob und analog fein abgestimmt wird. Das Schleifenfilter im Analogschaltkreis läßt die Phasen- und/oder Frequenzmodulation durch, nicht aber die Störsignale und Störgeräusche.
• Die Erfindung wurde anhand eines Beispieles für einen 10 Watt Sender beschrieben. Das gleiche Prinzip kann auch bei einem 1000 Watt Sender oder einem noch leistungsfähigeren Sender benutzt werden.

Claims (9)

1. Sendesystem mit einem HF-Leistungssender, an dessen Ausgang ein moduliertes Trägersignal und breitbandige Störgeräusche auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Regeneration des modulierten Trägersignals nach Frequenz und Phase enthält

- eine Schaltung (20) zum Herabsetzen der Leistung des Trägersignals des HF-Leistungssenders auf einen kleinen Pegel,

- einen Begrenzer (22) zum Entfernen aller durch Amplitudenmodulation entstandenen Anteile im Trägersignal,

- einen abstimmbaren, rauscharmen Leistungsoszillator (28), - eine erste Synchronisationsschaltung (24) zum Grobsynchronisieren des Leistungsoszillators mit dem herabgesetzten, amplitudenbegrenzten Trägersignal,

- eine zweite Synchronisationsschaltung (27) zum Feinsynchronisieren des Leistungsoszillators mit dem herabgesetzten, amplitudenbegrenzten Trägersignal

- und einen Verstärker (32) zum Verstärken des Trägersignals des Leistungsoszillators.

2. Sendesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsoszillator (28) eine Vielzahl von wählbaren, festen Resonanzelementen (52) und mindestens ein variables Abstimmelement (54, 56) enthält und daß die Auswahl einer Kombination der Resonanzelemente (52) durch die erste Synchronisationsschaltung (24) und das Einstellen des variabelen Abstimmelementes durch die zweite Synchronisationsschaltung (27) erfolgt.

3. Sendesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Synchronisationsschaltung (27) ein Filter (40) zum Abschwächen der breitbandigen Störgeräusche enthält.

4. Sendesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Synchronisationsschaltung (27) aus einem Phasen/Frequenz-Detektor (26), dem das herabgesetzte, amplitudenbegrenzte und das regenerierte Trägersignal zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom ein Maß für die Phasen- und Frequenzdifferenz ist, und einem Schleifenfilter (40) besteht.

5. Sendesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Synchronisationsschaltung (24) einen Frequenzkomparator (62), dem das herabgesetzte, amplitudenbegrenzte und das regenerierte Trägersignal zugeführt wird und dessen binäre Ausgangsspannung ein Maß für den Frequenzfehler ist, ein nach und nach sich anpassendes Register (60) und einen Taktgenerator (38) enthält.

6. Sendesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (38) in Abhängigkeit vom Signal am Ausgang des Schleifenfilters (40) ein- und ausgeschaltet wird.

7. Sendesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Amplitudenmodulation des regenerierten Trägersignales einen Amplitudenmodulator (30) enthält.

8. Sendesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen ersten Detektor (44) zum Feststellen des herabgesetzten Trägersignales, einen zweiten Detektor (48) zum Feststellen des verstärkten Ausgangssignales des Leistungsoszillators (28), einen Spannungskomparator (46), dem die Ausgangssignale der beiden Detektoren (44, 46) zugeführt werden, und ein Schleifenfilter (50) enthält, dem der Amplitudenmodulator (30) nachgeschaltet ist.

9. Sendesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsoszillator (28) aus einem Resonanznetzwerk (52) mit einer Vielzahl wählbarer fester Resonanzelemente, einem variablen Abstimmelement (54, 56) am Resonanznetzwerk (52) und einem negativen Widerstand (58) am Resonanznetzwerk (52) besteht, wobei das Ausgangssignal des Leistungsoszillators vom Resonanznetzwerk abgenommen wird.