DE3222686A1

DE3222686A1 - Schaltungsanordnung zur leistungssummierung von zwei frequenzgleichen mikrowellensignalen

Info

Publication number: DE3222686A1
Application number: DE19823222686
Authority: DE
Inventors: Enzo Cavalieri Monza Milano D'Oro
Original assignee: Italtel SpA; Italtel Societa Italiana Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1982-06-16
Publication date: 1983-01-05
Also published as: GB2105524A; IT1136682B; US4383189A; GB2105524B; IT8122433A0

Description

Schaltungsanordnung zur Leistungssummierung von zwei frequenzgleichen Mikrowellensignalen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft sie

._ eine Schaltungsanordnung zur Leistungssummierung von zwei frequenzgleichen Mikrowellensignalen, wodurch die in den bekannten Schaltungen bei Änderung der Amplitude oder der Phase von zumindest einem der Eingangssignale auftretenden Leistungsverluste vermieden werden.

Wenn ein Mikrowellensignal um einen Faktor verstärkt werden soll, der den mit einem einzigen Verstärker erreichbaren Gewinn übersteigt, wird das Signal normalerweise in zwei gleiche Teile geteilt, die zwei parallelgeschalteten Verstärker zugeleitet werden, und die Ausgangssignale dieser Verstärker werden summiert.

Bei Ausfall eines Verstärkers (oder wenn sein Gewinn unter einen festgelegten Mindestwert sinkt) muß dieser vom Betrieb ausgeschlossen werden. Aus diesem Grund sind in der Summierschaltung Schaltungen vorhanden, die den Ausgang dann mit dem einzigen noch betriebsfähigen Verstärker verbinden. Diese wie auch immer gestalteten Schaltungen benötigen zur Umschaltung endliche Zeiten, während derer - auch wenn sie sehr kurz sind - die Ausgangsleistung null ist. Unter optimalen Betriebsbedingungen sind die Ausgangssignale der beiden Verstärker gleich und in Phase. Ist diese Bedingung jedoch nicht erfüllt, so wird dem Ausgangstor der Summierschaltung nicht die gesamte von den Verstärkern gelieferte Leistung zugeleitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die gewährleistet, daß unter allen Bedingungen die gesamte von den beiden Verstärkern gelieferte Leistung am Ausgang zur Verfügung steht; insbesondere sollen bei Ausfall eines Verstärkers keine Schaltzeiten erforderlich sein und am Ausgangstor der Summierschaltung immer zumindest ein Bruchteil des vom betriebsfähigen Verstärker gelieferten Signals vorhanden sein. 10

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Schaltungsanordnung zur Leistungssummierung von zwei frequenzgleichen Mikrowellensignalen , mit einem Koppler, an dessen zwei Eingängen die zu summierenden Signale angelegt werden, und einer Kombinationsanordnung, deren zwei Eingänge an den Ausgängen des Kopplers angeschlossen sind sowie deren einer von zwei Ausgängen das Ausgangstor darstellt, ist also gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch

einen ersten Kohärenzdetektor, dessen Bezugssignaleingang an einen festen Phasenschieber zur Verzögerung des am Ausgangstor vorhandenen Signals um ττ/2 angeschlossen und dessen an-

derer Eingang mit dem anderen Ausgang der Kombinationsanordnung gekoppelt ist;

einen zweiten Kohärenzdetektor, dessen Bezugssignaleingang mit dem Ausgangstor gekoppelt und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang der Kombinationsanordnung gekoppelt ist;

zumindest e.inen ersten verstellbaren Phasenschieber, der kontinuierlich von dem am Ausgang des ersten Kohärenzdetektors vorhandenen Signal gesteuert wird und der sich zwischen dem Koppler und der Kombinationsanordnung befindet;

zumindest einen zweiten verstellbaren Phasenschieber, der von dem am Ausgang des zweiten Kohärenzdetkeotrs vorhandenen

Signal gesteuert wird und in der Lage ist, die Phase von zumindest einem der beiden Eingangssignale des Kopplers zu ändern.
5

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.

Vor Beschreibung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 werden nachstehend kurz die Merkmale der wichtigsten Mikrowellenschaltungen beschrieben, die in den vorliegenden Schaltungsanordnungen verwenden werden:

Koppler A: Das jedem Eingang zugeführte Signal wird (leistungsmäßig) gleichmäßig auf die beiden Ausgänge aufgeteilt; das Signal, das an dem Ausgang auftritt, der dem betreffenden Eingang nicht unmittelbar gegenüberliegt, wird außerdem um π/2 verzögert, das dem Eingang anliegende Tor ist entkoppelt;

Kohärenzdetektor R: Bei Zuführung zweier Eingangssignale ,von denen das eine als Bezugssignal dient, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zu der zum Bezugssignal phasengleichen Komponente des anderen Eingangssignals ist.

__ Magisches T: Es teilt die zugeführten Signale leistungsmäßig auf zwei Ausgänge auf: Wenn die seinen Eingängen zugeführten Signale dieselbe Amplitude und Phase aufweisen, tritt das Summensignal (leistungsmäßig) an einem ersten Tor H aus; wenn sie dieselbe Amplitude jedoch entgegengesetzter Phase aufweisen, tritt das Summensignal an einem zweiten Tor E aus; ansonsten teilt sich die Leistung der Eingangssignale auf die Tore H und E in einem Verhältnis auf, das von den Ampli-

tuden- und/oder Phasenverhältnissen der Eingangssignale abhängt .

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Summieren zweier Signale. Damit die gesamte am Schnitt 1-1 vorhandene Leistung an einem Tor H austritt, müssen die Eingangssignale (Schnitt 4-4) eines "magischen T" dieselbe Amplitude und Phase aufweisen; wenn sie dieselbe Amplitude aufweisen sollen, müssen die Signale ρ und q am Eingang eines Kopplers A (Schnitt 2-2) in Phase sein.

Die beiden vorgenannten Bedingungen können beim Abgleich der Schaltungsanordnung durch Verstellen von Phasenschiebern S, S₁,S₂ - wie nachstehend unter Bezugnahme auf den Teil a der beiliegenden Tabelle genauer erklärt werden wird - erreicht werden. Die Teile b und c der Tabelle zeigen die Felder , die an den Ausgängen H und E des "magischen T" ohne Verstellung der Phasenschieber S, S.. ,S₂ auftreten, wenn das Verhältnis zwischen den Amplituden bzw. zwischen den Phasen der Eingangssignale (Schnitt 1-1) gegenüber den im Teil a der Tabelle vorhandenen feldern geändert werden.

Bei den im Teil a der Tabelle dargestellten Verhältnissen unterscheiden sich die am Eingang (Schnitt 1-1)auftretenden Signale ρ und q hinsichtlich Amplitude und Phase. Verschiebt man q mittels des Phasenverschiebers S₂ um einen Winkel α , so sind die am Eingang (Schnitt 2-2) des Kopplers A auftretenden Signale in Phase, so daß die Ausgangssignale (Schnitt 3-3) des Kopplers A dieselbe Amplitude und verschiedene Phasen aufweisen. Nur der Einfachheit der Zeichnung halber wurden die beiden Signale durch den Phasenschieber S um den Phasenwinkel ß. und durch den Phasenschieber S₁ um den Phasenwinkel ß₂ verschoeben: Für ein einwandfreies Arbeiten der Schaltung wäre es ausreichend, wenn der Phasenschieber S₁ eine Phasenverschiebung (3.. - ß₂) einführt. Die Signale am Eingang (Schnitt 4-4) des "magischen T" weisen somit die-

selbe Amplitude und Phase auf, so daß die gesamte Leistung am Tor H austritt.

Im Teil b der Tabelle sind die in den verschiedenen Schaltungsabschnitten und an den Ausgängen auftretenden Signale für den pail dargestellt, daß eines der beiden Eingangssignale (zum Beispiel p) seine Amplitude ändert. Die am Eingang (Schnitt 4-4) des magischen T" auftretenden Signale werden nun wie folgt aufgeteilt: Die phasengleichen Komponenten der beiden Signale summieren sich leistungsmässig und treten am Tor H aus; die mit entgegengesetzter Phase, orthogonal gegenüber den vorhergehenden, summieren sich leistungsmässig und treten am Tor E aus. Der Kohärenzdetektor R-, an dessen Bezugseingang das Signal vom Ausgang H nach Phasenverschiebung um tt/2 durch den Phasenschieber S- gelangt, ist mit seinem Eingang mit dem Ausgang E gekoppelt und erzeugt daher ein Fehlersignal e- (proportional zu E) , welches den Phasenschieber S-steuert. Der Kohärenzdetektor R2, dessen Eingangssignale in der Phase um 90 Grad gegeneinander verschoben sind, erzeugt kein Signal.

Im Teil c der Tabelle sind die in den verschiedenen Schaltungsabschnitten und an den Ausgängen auftretenden Signale für den Fall dargestellt, daß sich das Phasenverhältnis zwischen den Eingangssignalen (Schnitt 1-1) ändert. Die Signale am Eingang des Kopplers A (Schnitt 2-2) sind nicht in Phase, so daß also die vAusgangssignale (3-3) eine verschiedene Amplitude aufweisen. An den Eingängen (Schnitt 4-4) des"magischen T" liegen zwei gleichphasige Signale mit verschiedenen Amplituden, die in ein Paar übereinstimmender Signale (die als Amplitude den durchschnittlichen Wert der Amplituden der Eingangssignale aufweisen), die sich leistungsmäßig am Ausgang H summieren, und in ein Paar von Signalen mit entgegengesetzter Phase (zu den vorhergehenden parallel) , die sich leistungsmäßig am Ausgang E summieren, zerlegt werden. Der Kohärenzdetektor R^, dessen Eingänge mit den Toren H und E gekoppelt sind, erzeugt ein Fehlersignal e₉, welches

den Phasenschieber S steuert; der Kohärenzdetektor R₁,

2 '

dessen Eingangssignale in der Phase um 90 Grad gegeneinander verschoben sind, erzeugt kein Ausgangssignal.

Wenn sich sowohl das Amplituden- als auch das Phasenverhältnis der Eingangssignale ändern, wird die am Tor E austretende Energie sowohl eine Normalkomponente zu jener, die am Tor H austritt, als auch eine Parallelkomponente aufweisen: Beide Kohärenzdetektoren R₁ und R» erzeugen nun Fehlersignale e.. bzw. e_2<

Die Schaltung der Fig. 1 nimmt eine besonders einfache Form an, wenn die Eingangssignale dieselbe Amplitude und Phase aufweisen, da die verstellbaren Phasenschieber S₁ und S₂ dann bei Verschwinden der Fehlersignale e.. ,e~ die Phasenverschiebung null einführen.

Unter Bezugnahme auf das Schaltbild und die Teile b und c der Tabelle wird nun kurz auf die Funktionsweise der Schaltung gemäß der Erfindung eingegangen:

Man nehme an, daß die Amplitude des Signals ρ abnimmt. Das Fehlersignal e., steuert dann den Phasenschieber S₁ , so daß er das korrekte Phasenverhältnis wieder herstellt. Wenn eines der Eingangssignale p, q (Schnitt 1-1) seine Phase ändert, wird auf analoge Art und Weise das Fehlersignal e₂ erzeugt, das auf den Phasenschieber S_ einwirkt, wodurch die Phase des Signals am Eingang (Schnitt 2-2) des Kopplers A geändert wird. Bei der vorliegenden Schaltung tritt also im eingeschwungenem Zustand die gesamte verfügbare Leistung an einem einzigen Tor aus (im speziellen Fall der Fig. 1 am Tor H).

Eine Modifikation der Schaltung gemäß lig. 1 besteht darin, zumindest einen der beiden Phasenschieber S₁, S₂ durch ein vom selben Fehlersignal gesteuertes Paar von Phasenschiebern zu ersetzen, um Phasenverschiebungen derselben Amplitude und entgegengesetzter Richtungen einzuführen.

Es soll nun auf das Verhalten der Schaltung im Falle eines plötzlichen Ausfalles (oder jedenfalls eines Ausfalles innerhalb einer Zeitspanne, die kürzer ist als die Ansprechzeit einer Korrekturschaltung) eines Verstärkers eingegangen werden. Wie bereits erwähnt, sind Schaltungen zur Ermittlung des Fehlens eines der Eingangssignale (oder dessen Abfalles unterhalb einen festgelegten Mindestwert) bekannt, die dem Ausgang dann das einzige vorhandene Signal zuleiten. Diese Schaltungen weisen endliche Umschaltzeiten auf, während derer die Ausgangsleistung null ist.

Sobald eines der beiden Eingangssignale verschwindet, treten in der Schaltung gem. Fig. 1 am Ausgang des Kopplers A (Schnitt 3-3) zwei gleiche und in Bezug aufeinander um 90° in der Phase verschobene Signale auf, deren Leistung sich auf die Ausgänge H und E aufteilt: Das Fehlersignal e^ wirkt dann jedoch sofort derart auf den Phasenschieber S₁ ein, daß die gesamte Leistung wieder am Tor H austritt. Der Ausfall eines Verstärkers bewirkt also nur eine vorübergehende Verringerung,nicht jedoch ein völliges Verschwinden der Ausgangsleistung.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei welchem die Eingangssignale ρ und q vom einen Paar parallel geschalteter Verstärker erzeugt werden und darum normalerweise in Phase sind (oft, aber nicht unbedingt, sind auch ihre Amplituden gleich): Die Erfindung kann jedoch auch vorteilhaft zur Leistungssummierung von zwei frequenzgleichen Signalen eingesetzt werden, unabhängig von deren Erzeugung, Amplitude und Phasen.

Sollten im Falle von beliebigen Signalen die erforderlichen Phasenverschiebungen jene, die mit den handelsüblichen verstellbaren Phasenschiebern erzielt werden können, überschreiten, so kann man ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten einen oder mehrere feste Phasenschieber einsetzen,

um eine grobe Einstellung zu erwirken, wobei dann die Feineinstellung über die stellbaren Phasenschieber S- und So erzielt werden kann.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 läßt sich auch in der in Fig. 2 dargestellten Weise abwandeln: Hier ist das "magische T" am Ausgang der Schaltung gem. Fig.1 durch einen zweiten Koppler ersetzt, welchem ein Phasenschieber vorangeht (der eventuell ein Teil von S- sein kann), durch den das Signal an demjenigen Eingang um π/2 vorverschoben wird, der dem das Ausgangstor (H) bildenden zweiten Ausgang des Kopplers entspricht, von welchem die Kohärenzdetektoren R- und R₂ das Bezugssignal ableiten.

Leer seite

Claims

ital. Anm. No. 22433 A/81

vom 19.6.1981

ZUGELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATiNTAMT

TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX 822 638 TELEGRAMM SOMBEZ

ITALTEL

Societä" Italiana Telecomunicazioni s.p.a. Mailand (Italien)

Schaltungsanordnung zur Leistungssummierung von zwei frequenzgleichen Mikrowellensignalen

Patentansprüche

Γ λ .Υ Schaltungsanordnung zum Summieren der Leistung von zwei frequenzgleichen Mikrowellensignalen, welche

a) einen Koppler mit zwei Eingängen, denen die zu summierenden Signale zugeführt sind, und

b) eine Kombinationsanordnung mit zwei Eingängen, die mit- den Ausgängen des Kopplers gekoppelt sind, sowie mit zwei Ausgängen, von denen einer ein Ausgangstor bildet, enthält, gekennzeichnet durch

c) einen ersten Kohärenzdetektor (R₁) mit einem Bezugssignaleingang, der an einem festen Phasenschieber (S_) zur Verzögerung des am Ausgangstor (H) auftretenden Signals um fr/2 angeschlossen ist und mit einem zweiten Eingang, der mit dem anderen Ausgang (E) der Kombinationsanordnung (T) gekoppelt ist;

d) einen zweiten Kohärenzdetektor (R₂) mit einem Bezugssignaleingang, der mit dem Ausgangs tor (H) gekoppelt -

nachträglich geftndart

ist , und mit einem zweiten Eingang, der mit dem anderen Ausgang (E) der Kombinationsanordnung (T) gekoppelt ist;

e) zumindest einen ersten verstellbaren Phasenschieber (S-), der kontinuierlich von dem am Ausgang des ersten Kohärenzdetektors (R^) auftretenden Signal (e^) gesteuert und zwischen den Koppler (A) und die Kombinationsanordnung (T) geschaltet ist; und

f) zumindest einen zweiten verstellbaren Phasenschieber (S„), der von dem am Ausgang des zweiten Kohärenzdetektors (R₂) auftretenden Signal (e₂) gesteuert ist und die Phase von zumindest einem der beiden Eingangssignale des Kopplers (A) zu ändern gestattet.
2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Kombinationsanordnung (T) ein "magisches T" enthält.
3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kombinationsanordnung (T) einen zweiten Koppler (A-) und zumindest einen Phasenschieber ( tt/2) zur Vorverstellung eines der an den Ausgängen des ersten Kopplers (A) auftretenden Signale um π/2 bezüglieh des anderen umfaßt, und daß derjenige Ausgang des zweiten Kopplers (A₂) / der dem Eingang, an welchen das vorverstellte Signal angelegt ist, entspricht, das Ausgangstor (H) bildet.
4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß der erste verstellbare Phasenschieber (S₁) eine Phasenverschiebung von /2 einführt, wenn das vom ersten Kohärenzdetektor (R₁) erzeugte Signal (e..) null ist.