DE2824329A1 - Anordnung zum automatischen umschalten von parallel betriebenen richtfunkanlagen - Google Patents
Anordnung zum automatischen umschalten von parallel betriebenen richtfunkanlagenInfo
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Description
Patelhold, Glarus 301/78
Anordnung zum automatischen Umschalten von parallel betriebenen Richtfunkanlagen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum automatischen Umschalten
von Richtfunkanlagen im Parallelbetrieb, wobei zur Bewertung des Empfängergeräuschantexls unabhängige logarithmische
Verstärker eingesetzt werden.
Bekanntlich werden bei Richtfunkanlagen durch Parallelbetrieb von zwei Sende/Empfangseinrichtungen (z.B. Raum- bzw. Frequenzdivers
ity) hohe Redundanz- und Fadingsicherheit erreicht. Fig. 1 zeigt ein bekanntes und praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel
dieser Betriebsart (nur Empfangsseite):
Im Addiernetzwerk 1 mit dem Ausgang Ag wird das Ausgangssignal der Empfänger A und B zusammengefasst. Für das Nutzsignal
beträgt nach der Addition der Gewinn 6 dB (= 4·fache Leistung), die von den Empfängern A und B stammenden Rauschsignale
erfahren - da nicht korreliert - nur eine Leistungsaddition, d.h. der Geräuschpegel steigt nur um 3 dB. Man
erhält somit am Ausgang von 1 einen um 6 dB - 3 dB = 3 dB besseren Geräuschabstand als am jeweiligen Demodulatorausgang
der Empfänger A bzw. B. Dieser Gewinn geht jedoch verloren,
wenn sich - z.B. durch ein selektives Fading - der Geräuschabstand eines der beiden Empfänger drastisch verschlechtert.
In diesem Fall ist es günstiger, mittels Schalter Sl bzw. S2 den gestörten Empfänger vom Addiernetzwerk
1 abzuschalten. Die Betätigung dieser Schalter erfolgt in der Regel durch eine Umschaltautomatik, die ihre Befehle
von zusätzlichen Informationen aus den Empfängern A und B ableitet. Gegenstand der Erfindung ist eine besonders günstige
Anordnung' zur Steuerung der Schalter A und B.
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Patelhold, Glarus 301/78
Der besagte Vorteil der Parallelschaltung von 2 Empfängern mittels Addiernetzwerk 1, nämlich der Gewinn an Geräuschabstand,
weil die Nutzleistung nach der Addition vervierfacht, die Rauschleistung dagegen nur verdoppelt wird, geht
zunächst verloren, wenn die Geräuschleistung eines der beiden Empfänger ansteigt, und ab einem bestimmten Geräuschpegel
ist die Parallelschaltung sogar schädlich. Dieser "Umschlagpunkt" ("break even "-Punkt) ist einfach zu bestimmen:
bringt einer der Empfänger einen 3fach höheren Geräuschleistungsanteil als der andere, so ist die gesamte Störleistung
4 mal grosser als die des besseren Empfängers und entspricht
dem Gewinn an Nutzleistung. Daraus lässt sich für die Betätigung der Schalter Sl und S2 folgende Regel ableiten:
"Differieren die Geräuschleistungen der Empfänger A und B um mehr als den Faktor 3 (= 4,77 dB), so ist der Empfänger
mit dem höheren Geräuschanteil abzuschalten."
Um eine elektronische Schaltung zu finden, die diese Kriterien erkennt und auswertet, geht man in mehreren Schritten
vor. Zur Trennung des Geräuschanteils vom Nutzsignal verwendet man eine Filterschaltung gemäss Fig. 2a, b. Die
Filter Fl. und Fl (Fig. 2a) entnehmen oberhalb des Nutz-
Ά D
bandes den Geräuschanteil G (Fig. 2b) und führen ihn einer geeigneten Vergleichsschaltung 2 zu, die anschliessend die
Schaltkriterien für Sl und S2 erzeugt. In Fig. 2b ist SN das Spektrum des Nutzsignals, f die Frequenz.
Die Vergleichsschaltung 2 ist jedoch nicht· einfach zu realisieren,
weil der Vergleich für die Bestimmung des 4-,7 7-dB-Differenzpunktes
in einem grossen Dynamikbereich von ca. 50 dB erfolgen muss. Eine Komparatorsehaltung, die nur den
absoluten Betrag zweier Spannungen vergleicht, eignet sich
A , .^ 909846/0509
daher nicht.
Patelhold, Glarus 301/78
Eine denkbare Lösung ergibt sich aus Fig. 3: schaltet man zwischen den Komparator 5 und die Filter Fl. und F1R je
einen logarithmischen Verstärker 3 bzw. 4- mit einem Dynamikbereich
von ^ 50 dB, so wird innerhalb dieses Bereiches für eine Rauschleistungsdifferenz von 4,77 dB an den Komparatoreingängen
E. und Eß jeweils die gleiche Spannungsdifferenz
erscheinen. Voraussetzung ist, dass die Ausgangsspannung U ,
UR der logarithmischen Verstärker 3 bzw. 4 exakt dem Logarithmus
der Eingangsspannung U ,.., u e(B) folgt.
Zur Realisierung eines logarithmischen Verstärkers gibt es einige bekannte Methoden. Je nach verlangter Präzision
schwanken die Kosten dafür in einem weiten Bereich. Bei genauen Messgeräten wie z.B. Spektrumanalyser usw. muss man
einen hohen Aufwand treiben, wenn es sich hingegen um einen Richtfunk- Baustein unter vielen anderen handelt, darf der
Preis des Verstärkers einen bestimmten Teil der Gesamtkosten nicht überschreiten, wenn die Richtfunkanlage zu
einem konkurrenzfähigen Preis auf dem Markt angeboten werden soll.
Eine mögliche Lösung ist in der Zeitschrift "Electronic Design", 3, Februar 19 74, S. 52 - 59, beschrieben. Hierbei
wird die logarithmische Charakteristik durch die nichtlineare Kennlinie einer Halbleiterdiode verwirklicht. Wie aber
aus Formel (1), S. 52, hervorgeht, ist diese Kennlinie temperaturabhängig, so dass die eingestellten Parameter
nur in einem engen Bereich der Umgebungstemperatur stabil sind. Verwendet man - wie oben in Fig. 3 gezeigt - zwei
separate logarithmische Verstärker, so ist der thermische Gleichlauf nicht gewährleistet, und der Umschaltpunkt der
Automatik bleibt bei schwankender Temperatur nicht konstant.
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Patelhold, Glarus ' 301/78
Fig. 4a und 4 b zeigen, wie diese an sich bekannten Schwierigkeiten
bei einer auf dem Markt befindlichen Richtfunkeinrichtung überwunden werden.
Die Bandpässe 6 und 7 zur Entnahme des Geräuschanteils haben unterschiedliche Durchlassbereiche (schraffierte Flächen in
Fig. 4b), und man kann den Geräuschanteil jedes Empfängers frequenzselektiv erfassen (SN in Fig. 4b ist wieder das
Spektrum des Nutzsignals). Ueber einen Koppler 8 werden die Geräuschspannungen auf einen gemeinsamen logarithmischen
Verstärker 9 gegeben und am Ausgang mittels Filter 11 und 12 wieder getrennt. Danach folgt der Vergleich durch den
Komparator 13. Diese Lösung lässt sich noch abwandeln, z.B. durch eine Frequenzumsetzung in einem Mischer u.a.
Offensichtlich erfordert diese Anordnung einen beträchtlichen Aufwand an Filtern und verursacht somit erhebliche Kosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht,
dass die logarithmischen Verstärker als monolithische Einheiten ausgeführt sind und sich zwecks thermischen
Gleichlaufs auf einem gemeinsamen Silizium-Plättchen ("Chip") befinden.
Die Erfindung sei jetzt anhand von Fig. 5 näher erläutert. Basierend auf der Grundschaltung Fig. 3 werden wieder zwei
unabhängige logarithmische Verstärker eingesetzt, jedoch mit folgender Zusatzbedingung:
- die logarithmischen Verstärker sind monolithische integrierte Schaltungen,
- beide Verstärker befinden sich auf dem gleichen Silizium-
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Plättchen (Chip).
Da bekanntlich auf dem nur wenige Quadratmillimeter grossen Plättchen eine gleichmässige Temperaturverteilung herrscht,
wird das Problem des thermischen Gleichlaufs damit eliminiert.
Am Ausgang jedes logarithmischen Verstärkers ist eine Wechselspannung
vorhanden, die zur weiteren Verarbeitung noch gleichgerichtet werden muss.
Dazu dienen die aktiven Gleichrichter 17, die aus den oben
genannten Gründen ebenfalls auf dem gemeinsamen Chip placiert werden. Danach folgt der Komparator 18, der die
Schaltkriterien für die Ansteuerlogik 19 liefert.
Die erfindungsgemässe Anordnung gemäss Fig. 5 ergibt gegenüber
heute bekannten Lösungen eine erhebliche Kostenersparnis.
Claims (3)
1. Anordnung zum automatischen Umschalten von Richtfunkanlagen im Parallelbetrieb, wobei zur Bewertung des Empfängergeräuschanteils
unabhängige logarithmische Verstärker eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
die logarithmischen Verstärker (16, Fig. 5) als monolithische Einheiten ausgeführt sind und sich zwecks
thermischen Gleichlaufs auf einem gemeinsamen Silizium-Plättchen ("Chip") befinden.
2. Anordnung nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, dass
die zur Gleichrichtung der am Ausgang der logarithmischen Verstärker (16) auftretenden Wechselspannungen zwecks
Weiterverarbeitung dienenden aktiven Gleichrichter (17) ebenfalls auf dem gemeinsamen Silizium-Plättchen placiert
sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Komponenten in geringem räumlichen Abstand
auf einem Hybridsubstrat (Dickschicht- oder Dünnfilms
chaltung) angeordnet s ind.
00984670509
Applications Claiming Priority (1)
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