DE3527554A1 - System zum betrieb eines kurzwellensenders nach dem frequenzsprungverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Betrieb eines Kurzwellensenders nach dem Frequenzsprungverfahren laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei modernen Kurzwellenübertragungssystemen wird in neuerer Zeit immer häufiger ein sogenanntes Frequenzsprungverfahren angewendet, bei welchem der Sender nach einem vorbestimmten empfangsseitig bekannten Frequenzschema schnell auf unter­ schiedliche Sendefrequenzen umgeschaltet wird. Die Umschalt­ zeiten liegen im Bereich von ms oder sogar µs und es werden immer kürzere Umschaltzeiten angestrebt. Für die Sendeanten­ nen solcher Kurzwellen-Übertragungssysteme müssen Antennen­ anpassgeräte benutzt werden, durch welche der Antennenwider­ stand an den Ausgangswiderstand des Leistungssenders bei verschiedenen Frequenzen angepasst wird. Der Antennenwider­ stand ist nicht nur frequenzabhängig sondern auch umweltab­ hängig und daher unbestimmt. Die bekannten Antennenanpass­ geräte können nicht genauso schnell umgeschaltet werden wie dies für die Frequenzumschaltung des Steuersenders bei dem Frequenzsprungverfahren (frequency hopping) gewünscht wird. Es ist daher schon bekannt, zwei oder mehrere Antennen­ anpassgeräte vorzusehen, die über schnell schaltende Schal­ ter zwischen Leistungssender und Antenne schaltbar sind und die über die Steuereinrichtung des Steuersenders in der Frequenz abstimmbar sind, so dass während des Sendens auf der einen Sendefrequenz das andere Antennenanpassgerät auf die im Frequenzschema nächstfolgende Sendefrequenz abge­ stimmt werden kann und beim anschliessenden Frequenzsprung des Senders nur noch auf das dann schon abgestimmte andere Antennenanpassgerät umgeschaltet werden muss (DEP 31 27 566). Dieses bekannte System setzt voraus, dass der Arbeitswider­ stand der Antenne während des Betriebes konstant bleibt, was in der Praxis jedoch nicht der Fall ist, da dieser sich durch Umwelteinflüsse und den jeweiligen Standort der An­ tenne ändert und damit auch der über das gesteuerte Anpass­ gerät dem Leistungssender angebotene Arbeitswiderstand.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zum Betrieb eines Kurzwellensenders nach dem Frequenzsprungverfahren aufzuzei­ gen, das diesen Nachteil vermeidet und in einem breiten Gesamtfrequenzband von beispielsweise 1,5 bis 30 MHz einen Frequenzsprungbetrieb bei optimal angepasstem Leistungs­ verstärker ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem System laut Oberbe­ griff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merk­ male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus dem Unteranspruch.

Bei dem erfindungsgemässen System werden durch einen anfäng­ lichen Eichvorgang auf nur wenigen ausgewählten Frequenzen diejenigen Steuerleistungswerte für den Leistungssender er­ mittelt, bei denen der Verstärker ohne Schaden gerade noch an der mit vorbestimmter Fehlanpassung über das Antennen­ anpassgerät an den Ausgang des Leistungsverstärkers ange­ schalteten Antenne betreibbar ist. Während des eigentli­ chen Frequenzsprungverfahrens wird das Antennenanpassgerät nicht abgestimmt oder umgeschaltet, es bleibt auf seiner einmal gewählten Mittenfrequenz, die gewährleistet, dass innerhalb des ausgewählten Frequenzteilbereiches in Umge­ bung dieser Mittenfrequenz die Fehlanpassung einen vorbe­ stimmten Betrag von beispielsweise VSWR=3 nicht überschrei­ tet. Da die Fehlanpassung innerhalb des Teilbereiches frequenzabhängig ist, wird durch den anschliessenden Lei­ stungsregelvorgang des Verstärkers jeweils die optimale Aussteuerleistung für den Leistungssender für jede einzelne Sendefrequenz ermittelt und abgespeichert und steht dann beim eigentlichen Frequenzsprung-Sendebetrieb als Stell­ grösse für den Steuersender zur Verfügung, der Steuersender wird also nicht nur bezüglich seiner Frequenz geschaltet sondern auch bezüglich seiner an den Leistungssender abge­ gebenen Steuerleistung und damit wird trotz mehr oder we­ niger grosser Fehlanpassung immer ein optimaler Betrieb des Leistungssenders gewährleistet und vermieden, dass durch zu grosse Fehlanpassung die Lebensdauer der Bauele­ mente des Leistungssenders verkürzt wird oder diese Bau­ elemente wie Transistoren sogar durch zu starke Erwärmung beschädigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines beispielsweise im Gesamtfrequenzbereich von 1,5 bis 30 MHz betreibbaren Einseitenband-Kurzwellen-Senders bestehend aus einem Steuer­ sender 1, einem HF-Leistungsverstärker 2, einem Antennen­ anpassgerät 3 sowie einer Sendeantenne 4. Die dem Eingang des Leistungsverstärkers 2 vom Steuersender 1 zugeführte Aussteuerleistung von beispielsweise 20 Milliwatt ist über ein Dämpfungsglied 5 einstellbar, die Hochfrequenz-Ausgangs­ leistung des Leistungsverstärkers 2 kann also in weiten Grenzen beispielsweise zwischen 500 Watt und 1 KW einge­ stellt werden. Sämtliche Baugruppen werden über eine zen­ trale Steuereinrichtung 6 angesteuert, die vorzugsweise digital arbeitet und einen entsprechenden Speicher auf­ weist.

Das Antennenanpassgerät 3 ist so ausgebildet, dass es in­ nerhalb des Gesamtfrequenzbereiches von 1,5 bis 40 MHz über die Steuereinrichtung 6 auf jede beliebige Frequenz abstimm­ bar ist und dann in Umgebung dieser Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Teilfrequenzbereiches von beispielsweise 2 MHz eine vorbestimmte Fehlanapssung von beispielsweise VSWR=3 nicht überschreitet. Durch geeignete Dimensionierung der Blindwiderstandselemente des Antennenanpassgerätes sind die­ se Eigenschaften erreichbar.

Das Antennenanpassgerät wird also beispielsweise auf eine Mittenfrequenz von 7 MHz abgestimmt und besitzt dann zwischen der unteren Frequenzgrenze von 6 MHz und der oberen Frequenz­ grenze von 8 MHz eine Fehlanpassung, die in diesem gesamten Teilbereich nicht grösser als beispielsweise VSWR-3 beträgt, bei der also der dem Leistungsverstärker 2 angebotene Ar­ beitswiderstand nicht mehr als zwischen 16 Ohm und 150 Ohm schwankt. In der Mitte des Teilbereiches wird natürlich die Fehlanpassung am geringsten sein, beispielsweise nur VSWR=1,5 bis 2 betragen, an den Frequenzgrenzen wird die maximal zu­ lässige Fehlanpassung erreicht werden.

Nachdem das Antennenanpassgerät 3 auf diese Weise abgestimmt ist, wird über die Steuereinrichtung 6 eine an sich bekannte Regeleinrichtung 7 zwischen dem Leistungsverstärker 2 und der Dämpfungseinrichtung 5 wirksam, die in dem eingestellten Teilfrequenzbereich (z.B. 6 bis 8 MHz) über die Messung der Vorlauf- und Rücklaufleistung die Fehlanpassung VSWR für einige ausgewählte Frequenzen misst, die über die Regeleinrich­ tung 7 im Steuersender nacheinander kurzzeitig eingestellt werden. Gleichzeitig wird die Verlustleistung der Verstär­ kerelemente sowie deren Stromaufnahme im Leistungsverstär­ ker 2 gemessen und aus diesen gemessenen Werten wird in be­ kannter Weise für die jeweils eingespeiste Frequenz und die jeweils angebotene Fehlanpassung am Ausgang des Leistungs­ verstärkers 2 der Aussteuerleistungswert ermittelt, mit dem der Leistungsverstärker noch aussteuerbar ist, ohne Schaden zu nehmen. Es genügen für diesen Eichvorgang beispielsweise fünf bis zehn über den Teilfrequenzbereich verteilte Mess­ punkte, um so die Aussteuerleistungs-Frequenz-Kennlinie des Leistungsverstärkers zu ermitteln. Die Ermittlung dieser gerade noch zulässigen Aussteuerleistungswerte erfolgt über die Regeleinrichtung 7 durch entsprechende Einstellung des Dämpfungsgliedes 5, d.h. für jede einzelne Frequenz wird kurzzeitig durch einen Regelvorgang das Dämpfungsglied 5 auf einen solchen Wert eingestellt, dass der Leistungsver­ stärker 2 mit den gerade noch zulässigen Betriebswerten an der fehlangepassten Antenne betrieben wird. Diese so er­ mittelten Dämpfungswerte des Dämpfungsgliedes 5 werden im Speicher der Steuereinrichtung 6 für die einzelnen Fre­ quenzpunkte während dieses Eichvorganges abgespeichert und aus diesen wird dann mittels eines Rechners durch Interpo­ lation die Zwischenwerte für die Einstellung des Dämpfungs­ gliedes 5 errechnet, so dass schliesslich im Speicher der Steuereinrichtung 6 für sämtliche Sendefrequenzen des Fre­ quenzschemas für das Frequenzsprungverfahren innerhalb des durch das Antennenanpassgerät ausgewählten Teilfrequenz­ bereiches (beispielsweise zwischen 6 und 8 MHz) die zuge­ hörigen Dämpfungswerte vorliegen, auf welche das Dämpfungs­ glied 5 abgestimmt werden muss, damit bei der jeweils einge­ stellten Frequenz der Leistungsverstärker 2 ohne Schaden mit maximal möglicher Leistung betreibbar ist. Damit kann dann gesteuert über die Steuereinrichtung 6 der eigentliche Frequenzsprungbetrieb ablaufen, über die Steuereinrichtung 6 wird nach einem vorbestimmten empfangsseitig bekannten Frequenzschema der Steuersender 1 auf beliebige Sendefre­ quenzen innerhalb des Teilfrequenzbereiches des Antennen­ anpassgerätes 3 in kurzer Folge abgestimmt, gleichzeitig wird das Dämpfungsglied 5 auf den zugehörigen Dämpfungswert eingestellt und damit der Leistungsverstärker 2 vor Über­ steuerung geschützt. Ein erfindungsgemässes System erlaubt also mit handelsüblichen Bauteilen und geringstmöglichem Geräteaufwand einen Frequenzsprungbetrieb im Kurzwellen­ bereich, und zwar in einem breiten Gesamtfrequenzband von beispielsweise 1,5 bis 30 MHz, wobei das Antennenanpass­ gerät nicht ständig mit umgeschaltet wird sondern nur in re­ lativ langen Zeitabschnitten auf ein neues Teilfrequenz­ bereich umgeschaltet werden muss, falls dies für den Be­ nutzer zweckmässig erscheint. In diesem Teilfrequenzbereich von beispielsweise 2 MHz wird dann vor dem eigentlichen Sendebetrieb durch einen kurzzeitigen Eichbetrieb angepasst an die jeweilige Umgebung der Antenne das Antennenanpassge­ rät einmal eingestellt und beim anschliessenden eigentli­ chen Frequenzsprungbetrieb erfolgt keine Regelung mehr son­ dern nur noch eine Steuerung des Senders auf vorher durch Messung und Interpolation ermittelte Werte, was genauso schnell wie die Frequenzumschaltung des Steuersenders er­ folgen kann. Das erfindungsgemässe System ist daher insbe­ sondere für den Einseitenband-Betrieb geeignet, bei dem ein Regelvorgang während des Betriebes sehr problematisch ist. Trotzdem wird durch das erfindungsgemässe System eine Über­ steuerung des Senders vermieden und dieser immer mit der je­ weils optimalen Sendeleistung betrieben.

Claims (2)

1. System zum Betrieb eines Kurzwellensenders nach dem Frequenzsprungverfahren mit einem Steuersender (1), der über eine Steuereinrichtung (6) in einem breiten Gesamtfrequenzbereich (1,5 bis 30 MHz) nach einem vor­ bestimmten Frequenzschema schnell auf unterschiedliche Sendefrequenzen umschaltbar ist, und mit einem vom Steuersender (1) angesteuerten Leistungsverstärker (2), der über ein ebenfalls über die Steuereinrichtung (6) abstimmbares Antennenanpassgerät (3) eine Antenne (4) speist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenanpassgerät (3) über die Steuereinrichtung (6) so auf eine ausgewählte Frequenz des Gesamtfrequenz­ bandes (1,5 bis 30 MHz) abgestimmt wird, dass es in­ nerhalb eines Telfrequenzbereiches (2 MHz) dieses Ge­ samtfrequenzbereiches eine vorbestimmte Fehlanpassung (VSWR=3) nicht überschreitet, dass dann mittels eines zwischen Leistungssender (2) und Steuersender (1) wirkenden an sich bekannten Regel­ kreises (5, 7) durch Einspeisung ausgewählter Eichfre­ quenzen innerhalb dieses Teilfrequenzbereiches (2 MHz) diejenigen Aussteuerleistungswerte für den Leistungs­ sender (2) ermittelt und in der Steuereinrichtung (6) gespeichert werden, mit denen der Leistungssender (2) trotz Fehlanpassung noch ohne Schaden betreibbar ist, und aus diesen Eichwerten in der Steuereinrichtung (6) durch Interpolation für alle im Teilfrequenzbereich (2 MHz) möglichen Sendefrequenzen die entsprechend zulässigen Aussteuerleistungswerte errechnet und eben­ falls abgespeichert werden und während des darauffol­ genden Frequenzsprung-Sendebetriebes nur noch die dem Leistungssender zugeführte Aussteuerleistung auf den für die jeweils eingestellte Frequenz abgespeicherten Wert eingestellt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Aussteuerleistung für den Leistungssender (2) durch ein zwischen Steuersender (1) und Leistungssender (2) angeordnetes einstellbares Dämpfungsglied eingestellt wird und mittels des Regel­ kreises (5, 7) bei Einspeisung der ausgewählten Eich­ frequenzen jeweils diejenigen Dämpfungswerte des Dämp­ fungsgliedes (5) ermittelt werden, mit denen ein schad­ loser Betrieb des Leistungssenders (2) möglich ist, wobei aus diesen Dämpfungswerten durch Interpolation für alle möglichen Sendefrequenzen die entsprechenden Dämpfungswerte errechnet und in der Steuereinrichtung (6) abgespeichert werden und während des Frequenzsprung- Sendebetriebes das Dämpfungsglied (5) zusammen mit dem Steuersender (2) auf die abgespeicherten Werte umge­ schaltet wird.