DE3644087A1 - Antennendiversity-verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antennendiversity-Verfahren zum Emp­ fang frequenzmodulierter HF-Signale, bei welchem die Antennensignal­ spannungen von zwei Antennen über jeweils steuerbare Dämpfungsglieder an einen gemeinsamen Empfänger angeschaltet werden.

Unter dem Begriff Antennendiversity werden Empfangsverfahren verstan­ den, bei denen einem Empfänger mehrere Antennen zugeordnet sind, von denen jeweils die mit den besten Empfangsergebnissen über eine Um­ schalteinrichtung dem Empfängereingang zugeschaltet wird. Über zusätz­ liche Hilfs- beziehungsweise Suchempfänger werden die einzelnen Anten­ nensignale zyklisch überprüft, bewertet und eventuell mit zwischenge­ speicherten vorhergehenden Signalwerten verglichen.

Da die Umschaltvorgänge an den Empfängereingängen insbesondere bei stark voneinander abweichenden Antennensignalen durchaus Störungen her­ vorrufen können, ist es auch bekannt, den einzelnen Antennen komplette Empfänger oder Empfängerteile zuzuordnen und die Umschaltung bei höhe­ ren Signalpegeln oder im NF-Bereich durchzuführen. Diese Empfangsein­ richtungen sind jedoch sehr aufwendig und garantieren ebenfalls keine störungsfreie Umschaltung. Um die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem einerseits nur ein Empfänger notwendig ist und andererseits eine Umschaltung der Antennen am Empfängereingang vermie­ den wird.

Dieser Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschrieben ist. Eine zweckmäßige Ausgestal­ tung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 2 angegeben, wäh­ rend eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens im An­ spruch 3 erläutert ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Beschreibung und einer Zeich­ nung beispielsweise beschrieben, in welcher

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Reglerschaltung,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für den Antenneneingangskreis zeigt.

Der Grundgedanke des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, bei Verwendung nur eines Empfängers die Antennensignalspannungen von zwei Antennen derart zu kombinieren, daß sich am Eingang des Empfängers kon­ tinuierlich die jeweils maximal mögliche Antenneneingangsspannung aus­ bildet. Um in der dem Empfänger nachfolgenden Reglerschaltung eine Aus­ wertung der einzelnen Antennensignalspannungen zu ermöglichen, ist es notwendig, den Antennensignalspannungen eine Zusatzinformation zu über­ lagern, die keinen oder nur einen geringen Einfluß auf die Nutzinforma­ tion, d. h. also auf die demodulierten Niederfrequenzsignale nimmt. In Fig. 1 ist das Prinzip durch ein Blockschaltbild dargestellt. Die von den Antennen A und B abgeleiteten Antennensignalspannungen U _AA und U _AB werden den steuerbaren Dämpfungsgliedern D ₁ und D ₂ zugeführt. Diese können in einfacher und zweckmäßiger Weise als Spannungsteiler mit je­ weils spannungsgesteuerten Widerständen dargestellt werden. Die Steue­ rung dieser Dämpfungsglieder ist so ausgelegt, daß über eine Steuer­ spannung U _ST die Dämpfungsglieder gegenläufig gesteuert werden. Die durch die Dämpfungsglieder eingestellten Anteile der Antennensignal­ spannungen U _AA ′ und U _AB ′ resultieren am Empfängereingang zu der Anten­ neneingangsspannung U _E . Der nicht weiter im einzelnen zu beschreibende Empfänger E besteht aus einem Hochfrequenzteil, einem nachfolgenden ZF- Teil und einem NF-Teil, dem die durch Demodulation in bekannterweise entstandene Nutzinformation entnommen werden kann.

Die Antennensignalspannungen U _AA und U _AB werden in den auch als Modula­ toren wirkenden Dämpfungsgliedern D ₁ und D ₂ mit einer niederfrequenten Wechselspannung gegenphasig amplitudenmoduliert. Diese direkte Modula­ tion der einzelnen Antennensignalspannungen beeinflußt den Pegel der Hochfrequenzsignale und damit auch den Pegel der im ZF-Demodulator ge­ wonnenen Regelspannung. Die im ZF-Teil gewonnene Regelspannung wird in dem nachfolgenden Synchrongleichrichter, welcher von dem Wechselstromge­ nerator G gesteuert wird, gleichgerichtet, wobei die Polarität dieser aus dem Synchrongleichrichter abgeleiteten Spannung die Verhältnisse an den Antennen A und B wiedergibt. So kann beispielsweise der Mittelwert dieser Spannung positiv sein, wenn die Antenne A ein größeres Si­ gnal liefert als die Antenne B und negativ, wenn sich die Verhältnisse an den Antennen umkehren. Diese Spannung ist also abhängig von der Pegel­ differenz und der Differenz der Phasenwinkel der beiden Antennenspannun­ gen. Mit Hilfe dieser Spannung kann bei Schließung des Regelkreises er­ reicht werden, daß über die als Stellglieder anzusehenen Dämpfungsglie­ der D ₁ und D ₂ die Antenne bevorzugt wird, welche eine höhere Antennen­ signalspannung liefert. Hierzu wird die aus dem Synchrongleichrichter abgeleitete Spannung in geeigneter und bekannterweise in einer als Reg­ lerschaltung bezeichneten Schaltung gefiltert und verstärkt.

Das Prinzip des Verfahrens kann in einfacher Weise damit beschrieben werden, daß der geschlossene Regelkreis durch das Auftreten einer Pe­ geldifferenz zwischen den einzelnen Antennensignalspannungen gestört wird. Aufgrund der im weiteren anhand der Fig. 2 beschriebenen Regler­ schaltung ergibt sich eine Proportionalregelung, welche bestrebt ist, mit Hilfe des in der Regelungstheorie als Stellglied bezeichneten und aus den zwei Dämpfungsgliedern gebildeten Antennenmodulators die Pegel­ differenz zwischen beiden Antennen auszuregeln. Die ansich unerwünschte Regelabweichung wird hier aber ausgenutzt, um eine Bevorzugung der An­ tenne mit der größeren Antennensignalspannung zu erreichen. Durch eine relativ geringe Regelkreisverstärkung ergibt sich eine hohe Regelabwei­ chung, welche die Zuordnung der jeweils besseren Antenne an die Emp­ fangsschaltung bewirkt.

In Fig. 2 ist der Regelkreis und vor allem die Reglerschaltung R anhand eines Blockschaltbildes genauer beschrieben. Die dem ZF-Teil des Emp­ fängers abgeleitete Regelspannung U _Reg wird zunächst einem Hochpaßfilter HP zugeführt, um den nicht benötigten Gleichspannungsanteil abzutrennen. Der Wechselspannungsteil der Regelspannung wird verstärkt und zusätz­ lich invertiert. Ein als Synchrongleichrichter arbeitender Wechselschal­ ter schaltet bei jedem Nulldurchgang der Antennenmodulationsspannung zwischen nichtinvertierter und invertierter Regelspannung um und führt die Spannung einem als Mittelwertbildner wirkenden Tiefpaß TP zu. Diesem folgt ein Operationsverstärker als Summierer und Treiber für die als Antennenmodulator wirkenden Dämpfungsglieder D ₁ und D ₂. In zweckmä­ ßigerweise werden die Antennensignalspannungen mit einer sinusförmigen Wechselspannung im Frequenzbereich um 100 Hz moduliert, welche dem Ge­ nerator G entnommen wird. Diese Wechselspannung wirkt einerseits über den Operationsverstärker V ₂ auf die Antenneneingangsschaltung und ande­ rerseis steuert sie den Synchrongleichrichter.

In Fig. 3 ist beispielsweise eine zweckmäßige Antennen-Eingangsschal­ tung dargestellt. Die von den Antennen A und B abgeleiteten Antennen­ signalspannungen werden steuerbaren Dämpfungsgliedern zugeführt, welche jeweils aus der Reihenschaltung einer PIN-Diode, einer Induktivität und einem zur Arbeitspunkteinstellung notwendigen Widerstand beziehungswei­ se einer Zenerdiode besteht. Durch die Reihenschaltung der zwei Dämp­ fungsglieder in der dargestellten Weise mit Zuführung der Steuerspannung in der Mitte des Systems wird zwangsweise eine gegenläufige Steuerung der Dämpfungseigenschaften bewirkt. Die abgeleiteten Antennensignalspan­ nungen U _AA ′ und U _AB ′ werden über Kondensatoren dem Empfängereingang als resultierende Antennenspannung U _E zugeführt. Die Ansteuerung dieser An­ tennen-Eingangsschaltung erfolgt über einen Operationsverstärker mit der aus der Reglerschaltung abgeleiteten Stellspannung U _ST und der zur Modu­ lation notwendigen Wechselspannung von 100 Hz.

Die Eigenschaften des Regelkreises werden im wesentlichen durch die Reg­ lerschaltung bestimmt. Obwohl der Fachmann durchaus in der Lage ist, aufgrund seines Fachwissens entsprechende Dimensionierungen vorzuneh­ men, sei angemerkt, daß der in der Reglerschaltung enthaltende Tiefpaß im wesentlichen das Verhalten hinsichtlich Ausregelzeit, Überschwingen und Modulationsspannungsunterdrückung prägt. Ein günstiges Verhalten wurde mit einem Filter zweiter Ordnung mit kritischer Dämpfung und einer Eckfrequenz von ca. 10 Hz erreicht.

Eine störende Beeinflussung des Nutzsignals durch die zusätzliche Ampli­ tudenmodulation tritt nicht auf, da die Nutzinformation frequenzmodu­ liert übertragen wird und im Demodulationsvorgang durch eine geeignete Begrenzung die Amplitudenmodulation eliminiert wird.

Die Vorteile des Verfahrens der Erfindung liegen vor allem darin, daß nur ein Empfänger bekannter Bauart benötigt wird und keine Umschaltstö­ rungen bei Änderung der Empfangsbedingungen auftreten. Die Reglerschal­ tung kann mit einfachen Bauelementen als Zusatzschaltung zu dem Empfän­ ger konfiguriert werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das oben beschriebene Ausführungsbeispiel in seinen Einzelheiten nicht als Begrenzung des Erfindungsgedankens an­ zusehen ist, sondern daß vielmehr Veränderungen der Schaltungsteile, insbesondere der Antenneneingangsschaltung als auch der Reglerschaltung vom Fachmann leicht durchgeführt werden können, ohne den Grundgedanken und den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (3)

1. Antennendiversity-Verfahren zum Empfang frequenzmodulierter HF- Signale, bei welchem die Antennensignalspannungen von zwei Anten­ nen über jeweils steuerbare Dämpfungsglieder an einen gemeinsamen Empfänger angeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Optimierung des Verhältnisses der beiden sich an dem Eingang des Empfängers zu einer resultierenden Antenneneingangs­ spannung (U _E ) zusammensetzenden Anteile der Antennensignalspannun­ gen (U _AA ; U _AB ) über einen Regelkreis erfolgt, welcher durch den Empfänger (E) und eine Reglerschaltung (R) gebildet wird, wobei die Antennensignalspannungen durch eine niederfrequente Wechsel­ spannung gegenphasig derart amplitudenmoduliert werden, daß in der dem Empfänger nachgeordneten Reglerschaltung eine Steuerspannung (U _ST ) mit eindeutiger Zuordnung zu den die zwei Antennen ankop­ pelnden Dämpfungsgliedern entsteht.

2. Antennendiversity-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennensignalspannungen mit einer sinusförmigen Wechsel­ spannung im Frequenzbereich um 100 Hz amplitudenmoduliert werden.

3. Schaltungsanordnung zur Duchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus den zwei steuerbaren Dämpfungsgliedern bestehender, als Antennensignalmodulator wirkender Antennen-Eingangsschaltungs­ teil aus in Reihe geschalteten PIN-Dioden gebildet wird, welche in Abhängigkeit von Polarität und Spannungshöhe des Steuersignals (U _ST ) das Verhältnis der Antennensignalspannungsanteile (U _AA′ ; U _AB ′) zueinander bestimmen.