DE2911540A1

DE2911540A1 - Verstaerkungsgeregelte verstaerkerschaltung

Info

Publication number: DE2911540A1
Application number: DE19792911540
Authority: DE
Inventors: Hugh Mcpherson
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1978-03-23
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1979-10-04
Also published as: IT1114746B; IT7948417A0; GB1576200A; US4225865A

Description

Patentanwälte Dipl. Irff. Euir- -Jürgen Müller Et. rar. na:. Tuosas Berandt

Br.-Ing. Haas Leyh Lucile-Grahn-StraBe 38 O 8 Mönchen 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

FERRANTI LTD.

Hollinwood, Lancashire, England

Verstärkungsgeregelte Verstärkerschaltung

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A 14 257 Ferranti Ltd.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft verstärkungsgeregelte bzw. verstärkungsgestöuerte Verstärkerkreise und insbesondere die Verstärkungsanpassung von Paaren solcher Verstärker.

Verstärkungsangepaßte Paare von verstärkungsgesteuerten Verstärkern werden hauptsächlich in Monopuls-Radarempfängern verwendet, sie können aber auch in der Interferometrie, bei der Richtungsfindung oder auf anderen Gebieten angewendet werden. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt anhand der Verwendung in Verbindung mit einer Monopuls-Radaranlage.

Ein Monopuls-Radarempfänger enthält ein Paar Verstärker mit variabler Verstärkung, die allgemein als Summenverstärker und Differenzverstärker bezeichnet werden und die eine eng angepaßte oder angeglichene Verstärkung über sehr weite Verstärkungsbereiche haben sollen, beispielsweise in der Größenordnung von 90 dB. Die Verstärkungsregelung der Verstärker wird bewirkt durch ein automatisches äußeres Bezugssignal. Dieses wird mit dem Ausgang von einem der beiden Verstärker verglichen und äs resultierende Fehlersignal wird zur Steuerung der Verstärkung der beiden Verstärker verwendet. Die Verstärkungsregelungs-Schleife hat eine lange Zeitkonstante, so daß sie nicht auf plötzliche momentane Änderungen im Signaleingang des Verstärkers anspricht. Bei einem solchen System wurde angenommen, daß die Verstärkungen der beiden Verstärker gleich sind, weil sie nicht unabhängig geregelt werden können. Da bei diesem besonderen Anwendungsfall es erforderlich ist, daß die beiden Verstärkungen auf einen Bereich innerhalb

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etwa 0,5 dB angeglichen werden, werden beträchtliche Beschränkungen in das System eingebracht, weil in der Praxis die Verstärkungen infolge der Temperatur und anderen Effekten variieren können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verstärkungsgesteuerte Verstärkerschaltung zu schaffen, bei der die Verstärkungen von zwei Verstärkern ständig eng angepaßt oder angeglichen sind bzw. angeglichen werden können.

Bei einem verstärkungsgeregelten Verstärkerkreis mit einem Paar verstärkungsgeregelten Verstärkern wird dies gemäß der Erfindung erreicht durch eine Signalerzeugungs-Schaltung zum Erzeugen eines Steuersignales konstanter Amplitude· während eines wiederholten Korrektur-Zeitintervalles, ein Dämpfungsglied zur Steuerung des Pegels, bei dem das Steuersignal in gleicher Weise an die Eingänge der beiden Verstärker gelegt wird, eine erste automatische Verstärkungssteuerungs-Schleife mit Einrichtungen zum Subtrahieren des Ausganges von einem Verstärker von einem Bezugsverstärkungssteuerungs-Signal·zu einem anderen Zeitpunkt als während des Korrektur-Zeitintervalles, um ein erstes Fehlersignal abzuleiten zum Anlegen an den Verstärkungssteuer-Eingang des einen Verstärkers, ferner durch eine zweite automatische Verstärkungssteuerungs-Schleife mit Einrichtungen zum Abziehen des Ausganges des anderen Verstärkers von dem Bezugssignal, um ein zweites Fehlersignal abzuleiten zum Anlegen an den Verstärkungs-Steuereingang des anderen Verstärkers nur während des Korrektur-Zeitintervalles, und durch eine Korrektur-Schleife mit Einrichtungen zum Subtrahieren des Ausganges von diesem einen Verstärker von dem Bezugssignal, um ein Korrektur-Signal abzuleiten, das an das Dämpfungsglied während des Korrektur-Zeitintervalles angelegt wird, um den Pegel des an die beiden

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Verstärker angelegten Pilotsignales oder Steuersignales zu regeln.

Wenn die beiden Verstärker die Summen- und Differenzverstärker eines Monopuls-Radarempfängers sind, ist das Korrektur-Zeitintervall das Zeitintervall zwischen dem Empfang der letzten Echos eines gesendeten Impulses und dem nachfolgend gesendeten Impuls.

Eine beispielsweise Ausfuhrungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Verstärkerkreises zeigt.

Fig. 2 zeigt Wellenformen an verschiedenen Punkten des Schaltkreises nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine modifizierte Ausführungsform eines Teiles des Schaltkreises nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt die Summen- und Differenzkanäle eines Monopuls-Radarempfängers zusammen mit der Verstärkungs-Regelungsschaltung. Die Hauptmerkmale sind der Summenkanal 10 und der Differenzkanal 11. Der Summenkanal 10 umfaßt einen Mischer 12, an den ein Hochfrequenz-Summensignal, d.h. £ rf und der Ausgang LO eines örtlichen, nicht-gezeigten Oszillators gelegt sind. Der Ausgang des Mischers ist über einen Vorverstärker 13 an einen Eingang einer Summierschaltung 14 gelegt, deren Ausgang an den Eingang des verstärkungsgeregelten Summenverstärkers 15 gelegt ist. Der Ausgang des Verstärkers 15 geht zu einem Hüllkurvendetektor 16, der das Video-Summenausgangssignal S. ν liefert.

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Der Differenzkanal 11 ist sehr ähnlich und er hat einen Mischer 17, an den das Hochfrequen-Differenzsignal A RF und der Ausgang LO des örtlichen Oszillators gelegt ist. Der Ausgang des Mischers 17 läuft über einen Vorverstärker 18 auf einen Eingang einer Summierschaltung 19 und damit zum Eingang des verstärkungsgeregelten Differenzverstärkers 20. Der Ausgang des Verstärkers 20 wird an einen Hüllkurvendetektor 21 gelegt, der das Video-Differenzausgangssignal 4 ^v liefert. Insoweit ist, abgesehen von den Summierschaltungen 14 und 19, die Schaltung konventionell.

Ein Oszillator 22 hat einen Ansteuerungseingang EN und liefert^ wenn er angesteuert ist, ein sinusförmiges Hochfrequenz signal, das an ein variables Dämpfungsglied 23 gelegt wird. Der Ausgang des Dämpfungsgliedes 23 wird zu gleichen Teilen zwischen den anderen Eingängen der beiden Summierschaltungen 14 und 19 geteilt.

Der Video-Ausgang des Hülldetektors 16, der die Amplitude des Ausgangs des Verstärkers 15 darstellt, wird an eine erste Verstärkungs-Steuerschleife gelegt, die einen Detektor 24 aufweist, wie er allgemein in Monopuls-Radarempfängern verwendet wird und an den ein Entfernungstoreingang RG gelegt wird. Der Ausgang des Detektors bildet einen Eingang einer Subtrahierschaltung 25, an die ferner ein Bezugssignal AGC gelegt wird. Der Differenzausgang, der den Fehler zwischen den erforderlichen und den wirklichen Verstärkungen des Verstärkers 15 darstellt, wird über einen Integrator 26 an den verstärkungsgeregelten Eingang des Verstärkers 25 gelegt.

Eine zweite Verstärkungs-Regelungsschleife ist für den Verstärker 20 vorgesehen. Der Ausgang des Hülldetektors 21 und das Bezugssignal AGC bilden die beiden Eingänge für eine

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Subtrahierschaltung 27. Der Fehlersignal-Ausgang von diesem wird über einen Schalter 38 und einen Integrator 29 an den Verstärungsregelungs-Eingang des Differenzverstärkers 20 gelegt.

Der übrige Teil der Schaltung besteht aus der Korrekturschleife, die das Dämpfungsglied 23 steuert. Der Ausgang des Hülldetektors 16 und das Bezugssignal bilden die Eingänge einer Differenzschaltung 30. Deren Ausgang wird über einen Schalter 31 und einen Integrator 32 an den Steuereingang des Dämpfungsgliedes 23 gelegt.

Die beiden Schalter 28 und 31 und der Ansteuerungseingang EN des Oszillators 22 werden durch eine Zeitschaltung 33 gesteuert. Der Entfernungseingang RG ist ein Impuls, der zu einem bestimmten Zeitpunkt nach einem Radar-Sendeimpuls angelegt wird, womit ein Fenster mit schmalem Bereich, der variabel ist, definiert wird.

Betrachtet man die erste Situation, in der das Radar ein Ziel innerhalb des Bereich- oder Entfernungstores verfolgt, so wird durch jeden Entfernungsimpuls RG, der um eine bekannte Zeitspanne nach einem Sendeimpuls T während der Radar-Horchzeit LT veranlaßt, daß die Amplitude des Ausganges des Summenverstärkers 15 durch den torgesteuerten Detektor 24 abgetastet oder abgefragt wird. Der abgefragte Wert wird in dem Detektor gehalten, bis der nächste Entfernungsimpuls RG erscheint. Der abgefragte Wert wird mit der Bezugsspannung AGC verglichen und der Fehler, falls einer vorhanden ist, wird vom Integrator 26 integriert. Der Ausgang des Integrators steuert die Verstärkung des Summenverstärkers 15, um diesen Fehler auf Null zu reduzieren über eine große Anzahl von Perioden. Auf diese Weise wird der mittlere Pegel einer Folge von Target-Amplituden

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gesteuert, daß er mit der Bezugsspannung übereinstimmt. Fig. 2 zeigt die verschiedenen zeitlichen Steuerungen (timings) und einige der Wellenformen. Die Summen- und Differenz-Videosignale und der Entfernungsimpuls RG sind ebenfalls gezeigt.

Während der Radar-Totzeit DT, wie in Fig. 2 gezeigt, legt die Zeitschaltung das Ansteuerungssignal EN an den Oszillator 22. Fig. 2 zeigt den resultierenden Impuls des RG-Signales, erzeugt durch den Oszillator, und die resultierenden Verstärkerausgang-Hüllkurven, die an den Video-Ausgängen der Summen- und Differenzkanäle auftreten. Der Video-Impuls, der am Ausgang des Summenkanales erscheint, wird mit dem Bezugssignal AGC durch die Summierschaltung 30 verglichen und der Video-Impuls, der am Ausgang des Differenzkanales erscheint, wird in gleicher Weise mit der Summierschaltung 27 verglichen. Die Schalter 28 und 31 werden durch ein Signal SW zu einer Zeit, während der Oszillator 22 arbeitet, geschlossen, um jegliche Übergangseffekte infolge der Anstiegs- und Abfallszeiten des Oszillatorausganges zu vermeiden.

Der Ausgang der Differenzschaltung 30 wird, wenn der Schalter 31 geschlossen ist, durch einen Integrator 32 integriert, und der Integratorausgang steuert die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 23. über mehrere Perioden wird die Dämpfung variiert, so daß die Amplitude des vom Dämpfungsglied 23 aufgedrückten Signales dieselbe ist wie die mittlere Amplitude des Target-Signales am Eingang zum Verstärker, das während des Entfernungsfensters auftritt, das durch den Entfernungsimpuls RG definiert wird.

Das von der Differenzschaltung 27 erzeugte Fehlersignal wird durch die Schaltung 29 integriert, wenn der Schalter 28 ge-

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schlossen ist und der Ausgang des Integrators steuert die Verstärkung des Differenzverstärkers, so daß dessen Ausgang gleich demjenigen des Summenverstärkers ist. Die beiden Verstärker erhalten dasselbe Signal vom Oszillator 22 aufgedrückt und ihre Ausgangspegel sind beide gleich dem Bezugssignal. Damit sind die Verstärkungen der beiden Verstärker dieselben.

Da das Hochfrequenzsignal vom Oszillator 22 jedem Kanal zugeführt wird, unmittelbar ehe es den Verstärkern selbst zugeführt wird, kann das Verstärkungs-Regelsystem irgendwelche Verstärkungen oder Verluste, die im Kanal vorher auftreten, nicht korrigieren, beispielsweise in den Mischern oder Vorverstärkern. Dieser Nachteil kann vermieden werden, indem das Hochfrequenzsignal vom Oszillator 22 über das Dämpfungsglied 23 an den Eingängen zu den Mischern in jeden Kanal eingegeben wird. Jede angelegte Korrektur kompensiert nun Verstärkungsfehler, die irgendwo im Kanal auftreten. Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt, die ein schematisches Diagramm nur des vorderen Endes jedes Kanals und die Eingabe des Hochfrequenzsignales zeigt. Der Rest des Diagrammes ist derselbe wie bei Fig. 2, wobei die Summierschaltungen 14 und 19 in den in Fig. 1 gezeigten Positionen weggelassen worden sind. Fig. 3 zeigt ferner eine weitere Modifikation, nämlich den Ersatz der Summierschaltungen 14 und 19 durch Schalter 34 und 35. Diese Schalter erlauben es, daß die Eingänge zu den beiden Mischern 12 und 17 ausgewählt werden, entweder aus dem Target-Signal oder dem Hochfrequenzsignal. Hierdurch werden Probleme infolge des Auftretens von Stör- oder Streusignalen von der Antenne während der Radar-Totzeit vermieden.

Die vorbeschriebene Technik kann auch in anderen Gebieten als

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bei Monopuls-Radar angewendet werden, z.B. überall dort, wo die Verstärkungen von zwei Kanälen gleich sein müssen, vorausgesetzt, daß einige Zeit in Intervallen verfügbar ist, wenn die Kanäle nicht zur Verarbeitung ankommender Signale benötigt werden.

Die Erfindung betrifft somit eine Schaltung zum Steuern der Verstärkungen eines Paares von Verstärkern mit Einrichtungen zum Anlegen eines Pilotsignales bzw. Steuersignales konstanter Amplitude an jeden Verstärker über separate Dämpfungsglieder während eines wiederholten Korrektur-Zeitintervalles. Drei Steuerschleifen sind vorgesehen, von denen eine den Ausgang des einen Verstärkers mit einem Bezugssignal zu Zeiten vergleicht, die anders sind als ein Korrektur-Zeitintervall, um die Verstärkung dieses Verstärkers zu steuern. Eine zweite Schleife vergleicht den Ausgang des anderen Verstärkers mit demselben Bezugssignal nur während jedes Korrektur-Zeitintervalles, um die Verstärkung des zweiten Verstärkers zu regeln. Schließlich vergleicht die dritte Schleife den Ausgang des ersten Verstärkers und das Bezugssignal während jedes Korrektur-Zeitintervalles, um ein Signal zu erzeugen, das die beiden Dämpfungsglieder steuert.

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Claims

A 14 257 Ferranti Ltd. Patentansprüche

1. Verstärkungsgeregelte Verstärkerschaltung mit einem Paar verstärkungsgeregelter Verstärker, gekennzeichnet durch eine Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Steuersignales konstanter Amplitude während eines wiederholten Korrektur-Zeitintervalles, Dämpfungsschaltungen zur Steuerung des Pegels, bei dem das Steuersignal in gleicher Weise an die Eingänge der beiden Verstärker angelegt wird, eine erste automatische Verstärungsregelungs-Schleife mit Einrichtungen zum Subtrahieren des Ausgangs von einem Verstärker von einem Bezugssignal zu einem anderen Zeitpunkt als während des Korrektur-Zeitintervalles, um ein erstes Fehlersignal abzuleiten, um dieses an den Verstärkungsregelungs-Eingang des einen Verstärkers anzulegen, ferner durch eine zweite automatische Verstärkungsregelungs-Schleife mit Einrichtungen zum Subtrahieren des Ausgangs des anderen Verstärkers von dem Bezugssignal, um eine zeites Fehlersignal abzuleiten, um dieses an den Verstärkungsregelungs-Eingang des anderen Verstärkers nur während des Korrektur-Zeitintervalles anzulegen, und durch eine Korrekturschleife mit Einrichtungen zum Subtrahieren des Ausgangs des anderen Verstärkers von dem Bezugssignal, um ein Korrektursignal abzuleiten, um dieses an die Dämpfungsschaltung während des Korrektur-Zeitintervalles anzulegen, um den Pegel des Steuersignales, das an die beiden Verstärker gelegt wird, zu regeln.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schalteinrichtungen zum Aktivieren der Signal-

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erzeugungs-Schaltung nur während des Korrekturzeitintervalles.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalteinrichtung betätigbar ist, um das zweite Fehlersignal und das Korrektursignal nur während der Arbeitsperiode der Signalerzeugungsschaltung abzuleiten.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz des Steuersignales innerhalb des Durchlaßbereiches der beiden Varstarkungsgeregelten Verstärker liegt.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz des Steuersignales die normale Mittenfrequenz der beiden Verstärker ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuersignal ^ eine sinusförmige Gestalt hat.

7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden verstärkungsgeregelten Verstärker die Summen- und Differenzverstärker eines Monopuls-Radarempfänger sind, und daß das Korrektur-Zeitintervall während der Radar-Totzeit auftritt.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß vor jeden der beiden Verstärker Mischer geschaltet sind, und daß der Ausgang der Signalerzeugungsschaltung an die Eingänge der Mischer gelegt wird.

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