DE3101406A1 - Automatische funkuhranpassung - Google Patents

Description

PATENTANMELDUNG Automatische Funkuhranpassung

von

Dr.-Ing. WoIfgang Hilberg Dr.-Ing. Reinhard Kalhöfer

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Beschreibung

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Funkuhren müssen so entworfen werden;, daß sie noch in einem weiten Bereich von Empfangsbedingungen zuverlässig arbeiten. D.h. sie müssen in unmittelbarer Nähe des Senders wie auch z.B. in 2000 km Entfernung, in einer stark gestörten oder in einer nur ger "g gestörten Umgebung, im Keller eines Hochhauses oder in einem Auto f der Straße, bei günstig oder ungünstig ausgerichteten Antenne , sowie in der Nachbarschaft von Sendern funktionieren;, deren Frequenz sich nicht sehr von der Trägerfrequenz des Zeitzeichensenders unterscheidet. Dies führt bei der Dimensionierung des Empfängers dazu, daß eine ganze Reihe von Kompromissen eingegangen werden muß_a d.h. daß man eine Dimensionierung wählt, die in dem ganzen Bereich gerade noch alle notwendigen Bedingungen erfüllt. Man kann demnach nie die optimalen Empfangsverhältnisse realisieren wie man sie z.B. bei einem speziellen sehr variablen Funkmeßempfänger in Abhängigkeit des Ortes und der Umgebungsbedingungen einstellen könnte. Es ist das Ziel der im folgenden darzustellenden Erfindung, eine solche Schaltung zu schaffen, welche nicht starr auf einen Dimensionierungsmittelwert hin dimensioniert ist_a sondern welche sich automatisch die günstigsten Empfangseinstellungen aussucht. Wesentlich ist hierbei der Bewertungsmaßstabs an dem sich die automatischen Anpassungsoperationen orientieren sollen. Es wird vorgeschlagen, daß hierzu das effektive Signal-Störverhältnis herangezogen wird. Es ist bekannt_s daß man z.B. ein solches gewinnen kann, indem man die Form eines empfangenen und abgetasteten Sekundenimpulses in einer digitalen Datenverarbeitungsschaltung (Mikroprozessor) mit dem bekannten Sollwert vergleicht. Es ist ferner bekannt, daß man aus einer Vielzahl von solchen auf Einzelimpulse bezogenen Qualitätswerten einen entsprechenden Mittelwert gewinnen kann. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,, daß man vorzugsweise diese mittleren Qualitätswerte, die ja im Grunde genommen ein effektives Signal-Störverhältnis darstellen, digital abspeichert und sie zur Basis der optimalen Empfangseinstellung macht. Dies sei an einigen erfindungsgemäßen Beispielen näher erläutert.

BAD ORlGiNAl

1. Empfindlichkeitseinstellung

Wenn sich die Funkuhr in einem Lande befindet, das insgesamt schon eine große Entfernung zum Sender hat (wie z.B. in Spanien mit einer nicht unerheblichen Entfernung zum Sender DCF 77 in Mainflingen) oder wenn sie sich in einem relativ gut abgeschirmten Raum befindet, d.h., wenn die Empfangsfeldstärke zu klein für einen ausreichend guten Empfang istj muß man den Verstärkungsfaktor der Eingangsstufe des Langwellenempfängers erhöhen. Hierzu schaltet man erfindungsgemäß nach Bild 1 mittels elektronischer Schalter versuchsweise einen separaten Vorverstärker hinzu, und wartet eine Weile ab, wie sich der aktuelle Wert des mittleren effektiven Signal-Störverhältnisses ändert. Verbessert er sich, bleibt der separate Vorverstärker eingeschaltet, verschlechtert er sich, wird er wieder abgeschaltet. Wichtig für das Funktionieren ist, daß dieser zusätzliche Vorverstärker nicht in die übrigen Verstärkerstufen, die in einer üblichen Regelschleife liegen, einbezogen ist. Nur dadurch erzielt man bei wechselnden Empfangsbedingungen ein besseres Großsignalverhalten der Schaltung, d.h. ein Verhalten,bei dem der Empfänger bei Vorhandensein größerer Signalfeldstärken (bei denen der separate Empfänger ausgeschaltet bleibt) und gleichzeitiger starker Störsignale weniger leicht übersteuert wird.

In einer Weitergestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Verstärkungsfaktor des separaten Vorverstärkers kontinuierlich (elektronisch) einstellbar zu realisieren, siehe Bild 2, zuerst von einer mittleren Einstellung auszugehen und die Verstärkung vorzugsweise schrittweise so zu verändern, daß man eine Verbesserung des effektiven Signal-Störverhältnisses erhält. Wenn dieser Verbesserungswert sein Vorzeichen wechselt, ist das Optimum gefunden. Liegt das Optimum außerhalb des verfügbaren Verstärkungswertes, ist der separate Verstärker entweder ganz ein- oder ausgeschaltet. Ändern sich die Umgebungsbedingungen (wird z.B. der benachbarte Fernsehempfänger ausgeschaltet) wird der Funkuhrempfänger automatisch sofort wieder ein neues Optimum suchen.

2. Selektivität

Bei guten Empfangsverhältnissen, d.h. wenn die Bewertungszahlen des effektiven Signal-Störverhältnisses oberhalb einer sicheren Schwelle liegen, genügen zur Frequenzselektion nach Maßgabe früherer Patentanmeldungen, siehe die Referenzliste, aktive RC-Filter. Bei Vorhandensein starker Störquellen ist es jedoch

vorteilhaft ein schmalbandigeres Filter wie ζ „Β. ein Quarzfilter einzusetzen. Man möchte nicht gerne in jedem Falle ein hochselektives Filter einsetzen;, denn bei guten Empfangsverhältnissen ist ein größerer Durchlaßfrequenzbereich sehr vorteilhaft, weil man dann den Beginn der Sekundenimpulse besser erkennen kann. Bei einem schlechten Empfang ist es aber zweifellos wichtiger., überhaupt eine Zeitinfoi ition auswerten zu können und man wird dann eher auf die zeitliche Gen- gkeit verzichten. Bild 3 zeigt, wie man erfindungsgemäß bei unbefriedigenden Bewertungszahlen probeweise ein Quarzfilter und/oder aktive Filter mit unterschiedlich breitem Durchlaßbereich einschalten kann. Je nach dem Erfolg oder Mißerfolg dieser Maßnahmen, die man an der Entwicklung der Bewertungszahlen abliest, werden dann längergültige Entscheidungen (vom Mikroprozessor) getroffen, die aber in angemessenen Abständen nachkontrolliert werden.

3. Antennenrichtcharakteristik

Wenn der Empfänger nur noch schwache Signale empfängt, d.h. wenn die Feldstärke sehr klein ist, zeigt sich eine starke Abhängigkeit des Empfanges von der Ausrichtung der Antenne. Wenn es sich insbesondere um eine interne Antenne handelt, d.h. wenn diese starr mit der Schaltung verbunden ist, kann es sein, daß man z.B. in weit entfernten Ländern eine ordnungsgemäße Zeitanzeige nur noch in einer ganz speziellen Lage und Ausrichtung des Gehäuses gewinnen kann. Um dem abzuhelfen, kann man erfindungsgemäß zwei verschieden ausgerichtete interne Antennen verwenden, und jeweils nach Bild 4 diejenige einschalten;, welche die bessere Ausrichtung aufweist. Wenn man insbesondere beide Antennen nach Bild 5 senkrecht zueinander ausrichtet, und bedenkt, daß dann die Empfangsspannung des einen Antennenstabes proportional zu sin 9, und die des anderen Antennenstabes proportional zu sin (8 -90°) = cos 8 ist, so zeigt eine einfache Überlegung, siehe Bild 6, (dr es ja nicht auf das Vorzeichen ankommt) daß die Empfangsspannung mit der Möglichkeit des Umschaltens immer oberhalb von 70% des Maximalwertes liegt. Damit läßt sich also die Richtungsempfindlichkeit der Funkuhr mit interner Antenne weitgehend eliminieren.

4. Senderwahl

Bei Vorhandensein mehrerer Zeitzeichensender innerhalb eines größeren Gebietes wie z.B. Europa ist es wünschenswert_s stets den Sender mit der größten Empfangsfeldstärke auszuwählen. Welches der günstigste Sender ist,

. 6.

kann sich zeitlich ändern, wenn man z.B. mit einem Autoempfänger durch mehrere Länder fährt, oder wenn ein Sender aus Wartungsgründen zweitweise abgeschaltet wird. Anders als bei den bekannten Hörfunksendern ist es ja völlig beliebig, welchen Sender man eingeschaltet hat, denn das Programm aller Zeitzeichensender ist ja identisch. Erfindungsgemäß dienen wieder die Bewertungszahlen des effektiven Signal-Störverhältnis dazu, jeweils den günstigsten Sender zu ermitteln. Hierzu ist es nötig, die Daten über die existierenden Senderfrequenzen und die jeweiligen Besonderheiten der Kodierung digital zu speichern. Nach dem Einschalten der Funkuhr, deren Empfangsfrequenzen natürlich in bekannter Weise elektrisch einstellbar sein müssen, werden entsprechend der festgelegten Priorität die verschiedenen Sender abgesucht, bis ein Sender mit ausreichender oder maximaler Empfangsfeldstärke gefunden ist. Da sich die Information über den günstigsten Sender normalerweise nicht so schnell ändert, wird vorgeschlagen, stets nur dann einen neuen Sender zu suchen, wenn die Bewertungszahlen für die Qualität des Empfangs unter eine kritische Schwelle abgesunken sind und ansonsten nur in größeren zeitlichen Abständen zu überprüfen, ob man noch den stärksten Sender eingestellt hat.

5. Komb inat ionen

Die Steuerung von Schaltungsteilen des Funkempfängers in Abhängigkeit von den Bewertungszahlen der digitalen Auswerteschaltung ist hier nur in einer Auswahl besonders wichtiger Steuerungen beschrieben worden. Es liegt auf der Hand, daß auch noch weitere Parameter der Empfängerschaltung damit verändert werden können wie z.B. mittlere Niveaus von Regelspannungen, Filterparameter, usw. Alle diese Einzeloperationen können separat der Reihe nach z.B. in einer festgelegten Priorität ausgeführt oder sie können auch in bestimmten Kombinationen gleichzeitig durchgeführt werden. So erscheint z.B. im Rahmen der Erfindung die Kombination von separatem Vorverstärker mit zusätzlichem Quarzfilter bei weit entferntem Standort und Vorhandensein von Störungen besonders vorteilhaft. Haben sich die EmpfangsVerhältnisse nach anfänglich ausreichenden Empfang so verschlechtert, daß keine ausreichenden Daten mehr gewonnen werden können, so wird die Funkuhr erfindungsgemäß solange mit dem internen Quarz als Zeitgeber autonom weiterlaufen, bis die Maßnahmen zur Gewinnung eines besseren Empfangs zum Erfolg geführt haben und wieder überprüfte empfangene Zeitinformationen zur Verfügung stehen.

Bild 1; Verstlrkungsumschaltung- 1. Antennansiatwingkreis;

2. separater Vorverstärker| 3. elektronischer Umschalter; 4ο Langwellenempfängerteil; 5. Mikroprozessor; 6„ Segelsehleife; 7. Umschaltleitung; 8. Speicher für Bewerttangssahlen des Signal-Störverhältnissesj

9. Kur2Schluß.

Bild 2g Kontinuierliche Verstärkungseinstellung.

IQ₀ Elektronisch regelbarer Vorverstärker,,

Bild 3; Bandbreitenusssehaltung» IK Quarzj 4_aK Vorderer Teil des Langwellenempfängers ι 4₉2_Ο hinterer Teil des Langwellenempfingerss 12,K aktives Filter schmalbandig; 12₃2. aktives Filter breitbandig; 7_S1, und T₀I Ussehaltleitungen vom Mikroprosss sor.

Bild h% Antennenumschaltung. 13_SI and I3_S2. sw©i Äntennenschwingkreise ait senkrecht zueinander ausgerichteten Ferritstäben.

Bild 5; Winkelabhängigkeit der Eingangsspannung» 14,1 und 14,2. Richtung der' beiden Ferritstäbe:; 35» Richtung gus Sender.

Bild 8; Überlagerung der Spannungen. Ιδ. Betrag der cos-Funktion; 17. Betrag der sin-Funktion; 18. Minimalspannung.

Referenzliste

F 27 IS 096.5

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10 19 279,

Ι» ICaihöfsr,

Claims (1)

1. '-' - '·■' ^: 310Η06

   Patentansprüche

   Schaltung zum Empfang von Zeitzeichen, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einem zwischenzeitlich gespeicherten mittleren effektiven Signal-Störverhältnis automatisch Parameter und/oder Teilschaltungen des Empfängers ^c beeinflußt werden, daß das effektive Signal-Störverhältnis ί ar eine kritische Schwelle gelangt bzw. den günstigsten Wert annimmt.

   2„ Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Digitalteil des Empfängers die gemittelte sekundliche Bewertungszahl für die Qualität der Übereinstimmung von empfangenen Signalen zu idealen Signalen als mittleres effektives Signal-Störverhältnis benutzt wird.

   3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Digitalteil des Empfängers der Korrelationswert zwischen den empfangenen Signalen und den bekannten idealen Signalx-zerten innerhalb eines Minutenintervalles (Jahr, Monat, usw.) als mittleres effektives Signal-Störverhältnis benutzt wird.

   4. Schaltung nach den Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in regelmäßigen größeren Zeitabständen, z.B. alle 60 Sekunden, der aktuelle Wert des mittleren effektiven Signal-Störverhältnisses digital gespeichert wird.

   5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Speichervorgang ein Vergleich des aktuellen und des vorhergehenden Speicherwertes durchgeführt wird und daß dessen Ergebnis Betrag und/oder Richtung der Veränderung der Parameter des Empfängers festlegt.

   6« Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter und/oder Teilschaltungen des Empfängers schrittweise und vorzugsweise im Takt des Speichervorganges verändert werden.

   7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Beeinflussung bzw. Steuerung die Empfängerempfindlichkeit, die Seiaktivität, die Antennenrichtcharakteristik, die Senderwahl oder Kombinationen hiervon umfaßt.

   ^BAD