DE3940295A1 - Hochfrequenzsender mit geregelter ausgangsleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzsender mit re­ gelbarer Ausgangsleistung mit einem Sollwertgeber und ei­ ner an einem Schalteingang angeschlossenen Anordnung zur Erzeugung einer definierten Spannung beim Einschalten des Hochfrequenzsenders.

HF-Sender mit geregelter Ausgangsleistung werden bei­ spielsweise in Mobilstationen eingesetzt, wobei die Aus­ gangsleistung der Mobilstation entsprechend der an einer Basisstation gemessenen Empfangsfeldstärke mittels von der Basisstation zur Mobilstation übertragenen Steuerbe­ fehlen geregelt wird. Die Mobilstationen senden nur in­ nerhalb der betreffenden Mobilstation zugeordneter Zeit­ schlitze, so daß die benötigte HF-Sendeleistung möglichst unverzögert innerhalb eines solchen Zeitschlitzes zur Verfügung stehen muß, während außerhalb der zugeordneten Zeitschlitze die Aussendung eines HF-Signals möglichst vermieden werden muß.

Aus DE 34 33 901 ist eine Schaltung zur Leistungssteue­ rung von Hochfrequenzsendern mittels einer Regelschleife bekannt. Die Schaltung zur Leistungssteuerung enthält ei­ nen steuerbaren Verstärker, einen HF-Leistungsverstärker, einen Richtkoppler und einen Gleichrichter, dem der aus­ gekoppelte Teil der HF-Leistung zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung als Regelgröße mit einer von einem Soll­ wertgeber abgegebenen Führungsgröße verglichen und daraus die Regelabweichung gebildet wird. Hierbei wird die Füh­ rungsgröße aus einem Signal für die Sendeleistungsein­ stellung eines an ein Logikteil angeschlossenen Datenbus­ ses gebildet, das vom Logikteil über einen D/A-Wandler und ein nachfolgendes Besselfilter an den Punkt der Zu­ sammenführung mit der Regelgröße führt. Die Differenz zwischen Führungsgröße und Regelgröße bildet eine Regel­ abweichung, mit der ein als Integrator arbeitender Regel­ verstärker angesteuert wird, der einen weiteren Eingang zur Zuführung einer definierten Spannung zum Ein- und Ausschalten des Senders aufweist. Ein Ausgang des Regel­ verstärkers ist mit dem steuerbaren Verstärker verbun­ den. Zwischen dem Logikteil und dem Ausgang des Gleich­ richters ist außerdem ein Fensterdiskriminator einge­ schaltet.

Das durch das Tiefpaßfilter vorgegebene Übergangsverhal­ ten der Sendeleistung ist nur im Dynamikbereich der Rege­ lung möglich. Der Dynamikbereich wird bestimmt durch den begrenzten linearen und temperaturstabilen Bereich der Gleichrichterschaltung. Für ein störleistungsarmes Schal­ ten der Senderleistung auch außerhalb des dynamischen Re­ gelbereichs, nämlich beim Ein- und Ausschalten der Sende­ endstufe, wird das Stellglied über einen Eingang nach ei­ ner e-Funktion gesteuert. Zur Erkennung des dynamischen Regelbereichs dient der Fensterdiskriminator, der in Ver­ bindung mit der Logik den Eingang des Regelverstärkers ansteuert.

Die Anforderungen an heutige Mobilfunkempfänger zielen im allgemeinen auf eine fortschreitende Miniaturisierung, Verlängerung der Betriebsbereitschaft im Batteriebetrieb und niedrigere Herstellungskosten ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Hochfrequenzsender der eingangs genannten Art den Raumbe­ darf der verwendeten Bauelemente zu verringern, den Stromverbrauch zu senken und Schaltungsanordnungen zu verwenden, die mit kostengünstigeren Bauelementen ausge­ führt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sollwertgeber mittels einer mit dem Schalteingang verbundenen Anordnung zur Impulsverzögerung schaltbar ist und der Ausgang der Anordnung zur Erzeugung der definierten Spannung beim Einschalten des Senders mit dem Ausgang des Sollwertge­ bers verbunden ist.

Mit der beim Einschalten des Senders erzeugten definier­ ten Spannung wird der Regelschaltung im Einschaltzeit­ punkt eine zusätzliche Führungsgröße zugeführt. Diese zu­ sätzlich zugeführte Führungsgröße bewirkt eine Regelab­ weichung, welche die HF-Ausgangsleistung schnell inner­ halb ihres möglichen kontrollierbaren Einstellbereiches bringt. Die Verzögerungszeit der Schaltungsanordung zur Impulsverzögerung ist so bemessen, daß die Führungsgröße des Sollwertgebers unmittelbar nach Erreichen des kon­ trollierten Einstellbereiches zugeschaltet wird. Durch Abklingen der zusätzlich zugeschalteten definierten Span­ nung ist bis zum Ausschalten des Senders nur noch die mittels des Sollwertgebers vorgegebene Führungsgröße wirksam. Die Erfindung bietet den Vorteil, daß auf eine Anordung zur Erkennung des Regelbereichs verzichtet wer­ den kann. Eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Schaltsignals beim Einschalten des Senders kann mit we­ sentlich geringerem Raumbedarf und billigeren Bauelemen­ ten aufgebaut werden als ein Fensterdiskriminator.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanord­ nung zur Abgabe einer definierten Spannung beim Einschal­ ten des Senders wird diese Schaltungsanordnung durch ei­ nen aus einem ersten und einem zweiten Teilwiderstand ge­ bildeten Spannungsteiler gebildet, wobei dem Teilwider­ stand, der den Eingang des Spannungsteilers bildet, ein Kondensator parallelgeschaltet ist und wahlweise am Ein­ gang bzw. am Ausgang dieses Spannungsteilers eine Diode vorgesehen ist. Das Verhältnis der beiden Teilwiderstände ist so gewählt, daß der beim Einschalten des Schaltsi­ gnals abgegebene Impuls den Regelverstärker zuverlässig in seinen dynamischen Regelbereich steuert. Mit der Be­ messung des Kondensators wird das Abklingen des Ausgangs­ impulses so bemessen, daß nach Ablauf einer Verzögerungs­ zeit nur noch die dann zugeschaltete vorgegebene Füh­ rungsgröße wirksam ist. Die in Flußrichtung gepolte Diode sorgt dafür, daß nur beim Einschalten ein wirksamer Im­ puls abgegeben wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Anordnung zur Erzeugung eines Spannungsoffsets vorgese­ hen, deren Spannungsoffset sowohl einem im Regelkreis an­ geordneten Gleichrichter als auch einer aus dem Sollwert gebildeten Führungsgröße zugeführt ist. Hierdurch wird der Spannungsoffset sowohl der Regelgröße als auch der Führungsgröße überlagert. Bei der Subtraktion dieser bei­ den Größen hebt sich der überlagerte Spannungsoffset wie­ der auf, so daß er auf die weitere Regelung keinen Ein­ fluß mehr ausübt.

Durch Zuführung des Spannungsoffsets an den Gleichrichter wird jedoch in vorteilhafter Weise das Betriebsverhalten des Gleichrichters verbessert. Niedrige HF-Ausgangslei­ stungen, die am Gleichrichter keine Spannung mehr erzeu­ gen, entsprechen nunmehr einer definierten Spannung, näm­ lich dem Spannungsoffset. Hierdurch können die verwende­ ten Operationsverstärker und eventuell ein für die Gleichrichtung vorgesehener Operationsverstärker mit nur einer Versorgungsspannung betrieben werden, ohne daß Pro­ bleme mit der Nullspannung zu erwarten sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Regelung eines HF- Senders.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten HF-Leistungssender wird mittels einer aus einem steuerbaren Verstärker V1, einem HF-Leistungsverstärker V2, einem Richtkoppler RK und ei­ nem Gleichrichter G, einem invertierenden Verstärker V3 und einem Regelverstärker V4 gebildeten Regelschleife ei­ ne an einem Ausgang des HF-Senders abgegebene HF-Lei­ stung P_a geregelt. Ein Teil P′ der von dem HF-Leistungs­ verstärker V2 erzeugten Leistung P_a wird mittels des Richtkopplers RK ausgekoppelt und dem Gleichrichter G zu­ geführt. Die Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters G bildet eine Regelgröße X. Diese Regelgröße X wird in den invertierenden verstärker V3 invertiert und anschließend zu einer Führungsgröße W addiert.

Im Ausführungsbeispiel sind sowohl die Regelgröße X als auch die Führungsgröße W elektrische Spannungen, deren Spannungsdifferenz nach der Addition einer Regelabwei­ chung W-X entsprechen. Die Regelabweichung W-X wird in dem Regelverstärker V4 zu einer Stellgröße Y verstärkt, welche den steuerbaren Verstärker V1 ansteuert. Der Aus­ gang des steuerbaren Verstärkers V1 ist seinerseits mit dem Eingang des Leistungsverstärkers V2 verbunden und schließt damit die Regelschleife.

Mit der Führungsgröße W wird die HF-Ausgangsleistung P_a des HF-Senders vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel liegt die jeweils vorgesehene Sendeleistung als binärcodierter Wert vor, welcher zur Erzeugung eines analogen Spannungs­ wertes einem Digital/Analog-Umsetzer D/A über Eingangs­ klemmen B, C, D zugeführt ist. Im Ausführungsbeispiel bildet somit der Digital/Analog-Umsetzer D/A den Soll­ wertgeber.

Über ein an einem Schalteingang E zuführbares Schaltsi­ gnal ist der HF-Sender ein- und ausschaltbar.

Der Schalteingang E ist einer Anordnung zur Impulsverzö­ gerung Q2, welche das Schaltsignal erst nach einer gewis­ sen Verzögerungszeit weitergibt, und einer Schaltungsan­ ordnung zur Impulserzeugung Q1 zugeführt, welche beim An­ legen eines Schaltsignals einen abklingenden Spannungsim­ puls erzeugt. Mittels der Anordnung zur Impulsverzöge­ rung Q2 wird die Weitergabe der von dem Digital/Analog- Umsetzer D/A erzeugten Ausgangsspannung erst nach Ablauf der Verzögerungszeit weitergegeben. Dies ist in Fig. 1 symbolisch durch einen elektronisch steuerbaren Schal­ ter S dargestellt, welcher erst nach Ablauf der Verzöge­ rungszeit geschlossen wird. Auf diese Weise ist der durch den D/A-Umsetzer gebildete Sollwertgeber durch den dis­ kreten Schalter S schaltbar ausgeführt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des HF-Senders wird ein Digital/Analog-Umsetzer verwendet, der einen Enable-Eingang aufweist. Während eine niedrige Spannung am Enable-Eingang dieses Digital/Analog-Umsetzers be­ wirkt, daß am Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers keine Spannung abgegeben wird, bewirkt eine höhere Spannung, daß eine, dem an den Digital-Eingängen binärcodierten Wert entsprechend umgesetzte analoge Spannung am Analog- Ausgang abgegeben wird. Damit bildet der schaltbare Aus­ gang des D/A-Umsetzers eine Einheit mit dem D/A-Um­ setzer. In diesem Fall ist somit die Eigenschaft des Sollwertgebers, daß er schaltbar ist, bereits im D/A-Um­ setzer integriert.

Die Anordnung zur Impulsverzögerung Q2 besteht im Ausfüh­ rungsbeispiel aus einem aus einem Widerstand R5 und einem Kondensator C2 gebildeten RC-Tiefpaß, welchem ein Inver­ ter Q4 nachgeschaltet ist. Eine parallel zum Wider­ stand R5 angeordnete Diode bewirkt, daß die Verzögerung nur beim Einschalten des HF-Senders wirksam ist. Beim Ausschalten des HF-Senders wird der Kondensator C sofort über diese Diode D2 entladen, so daß das Ausschaltsignal nahezu unverzögert zum Öffnen des Schalters S führt. Bei einem am Schalteingang anliegenden Schaltsignal steigt die Spannung entsprechend der Zeitkonstante des RC-Tief­ passes entsprechend an. Erst nachdem die Spannung über dem Kondensator C2 des RC-Tiefpasses die Schaltschwelle des Inverters erreicht, gibt der Inverter das Schaltsi­ gnal invertiert weiter an den elektronisch steuerbaren Schalter S.

Die Schaltungsanordnung zur Impulserzeugung Q1 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem aus zwei Teilwiderstän­ den R3, R4 gebildeten Spannungsteiler, wobei dem mit dem Schalteingang E verbundenen Teilwiderstand R3 ein Konden­ sator C1 parallelgeschaltet ist. Des weiteren ist dem mit dem Eingang verbundenen Teilwiderstand R3 eine Diode D1 vorgeschaltet. Durch diese Schaltungsanordnung wird beim Anlegen eines Schaltsignals am Schalteingang E eine Aus­ gangsspannung Z erzeugt, die der Spannung des Schaltsi­ gnals entspricht. Durch Aufladen des Kondensators sinkt die Ausgangsspannung Z bis zu einer Spannung, die dem Verhältnis der beiden Teilwiderstände zu der Eingansspan­ nung entspricht, ab. Die Diode im Signalweg sorgt dafür, daß die Anordnung zur Impulserzeugung für das Ausschalten unwirksam ist.

Der Ausgang der Schaltungsanordnung zur Impulserzeu­ gung Q1 ist mit dem Ausgang des Digital/Analog-Wand­ lers D/A verbunden. Hierdurch addieren sich die Ausgangs­ spannung Z der Schaltungsanordnung zur Impulserzeugung und die Ausgangsspannung des Digital/Analog-Wandlers D/A zu einer einzigen Spannung, welche einem einstellbaren Verstärker V3 zugeführt ist. Mittels des einstellbaren Verstärkers V3 kann die HF-Ausgangsleistung P_a entspre­ chend der an den Digitaleingängen anliegenden Digitalwer­ te justiert werden. Damit können Toleranzen innerhalb der gesamten Schaltungsanordnung und insbesondere Toleranzen des Richtkopplers RK (Koppeldämpfungstoleranzen) ausge­ glichen werden.

Durch ein dem einstellbaren Verstärker V3 nachgeschalte­ tes Filter F wird sowohl beim Hochtasten wie beim Aus­ schalten des Senders ein bestimmter Kurvenverlauf einge­ halten, mit dem die Ausstrahlung von Störfrequenzen mini­ miert werden kann.

Eine Schaltungsanordnung zur Gleichspannungserzeugung Q3 erzeugt eine Offsetgleichspannung, welche sowohl dem Gleichrichter G als auch dem einstellbaren Verstärker V3 zugeführt ist. Hierdurch wird sowohl die Regelgröße X mit dem Spannungsoffset O als auch die Führungsgröße W mit dem Spannungsoffset O beaufschlagt. Bei der Bildung der Regelabweichung heben sich jedoch die wegen des invertie­ renden Verstärkers nun gegenpolig gepolten Offsetspannun­ gen wieder auf, so daß die Offsetspannung O keinen Bei­ trag zur Regelabweichung W-X liefert. Das Zuführen der Offsetspannung O auf Gleichrichter G und auf den ein­ stellbaren Verstärker V3 löst auf besonders einfache Wei­ se Null-Spannungsprobleme der in diesen Schaltungsteilen für den invertierenden Verstärker V3 und den regelbaren Verstärker V5 und eventuell für den Gleichrichter G ver­ wendeten Operationsverstärker. In vorteilhafter Weise können die verwendeten Operationsverstärker mit nur einer einzigen Versorgungsspannung betrieben werden und es ent­ fällt der Aufwand für eine zweipolige Spannungsversor­ gung.

Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung des Spannungsoff­ sets könnte im einfachsten Fall aus einem Spannungsteiler bestehen. Wegen der Belastung des Spannungsteilers müßte dieser jedoch niederohmig dimensioniert sein, um einen von der Belastung unabhängigen Spannungsoffset zu erzeu­ gen. Dies erhöht aber den Stromverbrauch. Im Ausführungs­ beispiel wurde daher ein hochohmig dimensionierter Span­ nungsteiler R1, R2 verwendet, dessen Ausgangsspannung ei­ nem als Impedanzwandler geschalteten Verstärker V6 zuge­ führt ist.

Im Ruhezustand des Senders, wenn das Einschaltsignal auf "Aus" liegt, liegt der steuerbare Verstärker V1 über die Stellgröße Y auf maximaler Dämpfung, so daß die Ausgangs­ leistung P_a am Sendeausgang um über 70 dB reduziert ist. Die Dynamik der Gleichrichterschaltung bestimmt den durch die Regelung kontrollierbaren Einstellbereich der Sende­ leistung. Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser kontrol­ lierbare Einstellbereich nur ca. 40 dB. Bei einer Dämp­ fung der Sendeleistung um mehr als 40 dB ist daher die von dem Gleichrichter G abgegebene Regelgröße gleich Null. Die Ausgangsleistung P_a kann somit nur im Bereich von 0 bis 40 dB geregelt werden bzw. ganz ausgeschaltet werden, was einer Dämpfung von ca. 70 dB entspricht.

Bedingt durch diese höheren Dämpfungswerte für den "Aus"-Schaltzustand der Sendeendstufe muß beim Einschalt­ vorgang der Sendeendstufe ein Bereich außerhalb der Dyna­ mik der Regelschaltung durchfahren werden. Sobald das Schaltsignal zum Einschalten der Sendeendstufe von einem Auszustand in einen Einzustand wechselt erzeugt die Schaltungsanordnung zur Impulserzeugung einen Ausgangsim­ puls, der hinter dem Filter F eine Führungsgröße W er­ zeugt, die ungefähr der kleinsten regelbaren Ausgangslei­ stung, d. h. der größten regelbaren Dämpfung (= 40 dB), der Leistungsendstufe entspricht. Durch den Schaltimpuls wird der nichtregelbare Dynamikbereich der Sendeendstufe bei gleichzeitiger Einhaltung vorgegebener Schaltzeiten besonders störleistungsarm durchfahren. Nach dem Hochlau­ fen auf diese kleinste Leistungsstufe wird der von der Anordnung zur Verzögerung erzeugte Schaltbefehl für den elektronisch steuerbaren Schalter S wirksam und die an den Digitaleingängen des Digital/Analog-Wandlers D/A vor­ gegebene Leistung übernimmt die Rolle der Führungsgröße W und regelt mit der Übertragungsfunktion des Filters F die Leistungsendstufe ausgehend von der untersten Stufe des Dynamikbereichs auf die vorgegebene Endleistung.

Mit der nun abgegebenen HF-Ausgangsleistung ist die Re­ gelschaltung innerhalb ihres regelbaren Dynamikbereiches.

Die neue Führungsgröße W wird mit der Regelgröße X ver­ glichen und die daraus gebildete Regelabweichung W-X wird dem Regelverstärker V4 zugeführt, welcher den steuerbaren Verstärker V1 entsprechend regelt, bis keine Regelabwei­ chung mehr vorhanden ist und damit die abgegebene HF-Aus­ gangsleistung P_a der Sendeendstufe dem gewünschten, an den Eingangsklemmen B, C, D vorgegebenen Sollwert ent­ spricht.

Beim "Aus"-Schaltvorgang ist die Steuerschaltung unwirk­ sam. Die Regelschaltung befindet sich innerhalb ihres Dy­ namikbereichs, da bereits HF-Ausgangsleistung abgegeben wird. Der steuerbare elektronische Schalter S wird sofort mit Wegfall der Steuerspannung am Schalteingang E geöff­ net und es liegt somit keine Führungsgröße mehr an. Mit dem durch das Filter F bestimmten Übertragungsverhalten wird die HF-Ausgangsleistung P_a bis zur unteren Grenze des Dynamikbereichs heruntergeregelt. Mit Erreichen der unteren Grenze des Dynamikbereichs wird der steuerbare Verstärker V1 über die Stellgröße Y weiter auf maximale Dämpfung eingestellt und die HF-Ausgangsleistung ist so­ mit wieder um über 70 dB reduziert.

Claims (3)

1. Hochfrequenzsender mit regelbarer Ausgangsleistung mit einem Sollwertgeber und einer an einem Schalteingang des HF-Senders angeschlossenen Anordnung zur Erzeugung einer definierten Spannung beim Einschalten des Hochfrequenz­ senders, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (D/A) mittels einer mit dem Schalt­ eingang (E) des HF-Senders verbundenen Anordnung zur Im­ pulsverzögerung (Q1) schaltbar ist und der Ausgang der Anordnung zur Erzeugung der definierten Spannung beim Einschalten des Senders mit dem Ausgang des Sollwertge­ bers (D/A) verbunden ist.

2. Hochfrequenzsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Erzeugung einer definierten Span­ nung beim Einschalten des Senders aus einem ersten und einem zweiten Teilwiderstand (R1, R2) eines Spannungstei­ lers gebildet wird, wobei dem mit dem Eingang verbundenen Teilwiderstand (R3) ein Kondensator (C1) parallelgeschal­ tet ist und wahlweise am Eingang oder am Ausgang des Spannungsteilers (R3, R4) eine Diode angeordnet ist.

3. Hochfrequenzsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (Q3) zur Erzeugung eines Spannungsoff­ sets (O) vorgesehen ist, deren Spannungsoffset sowohl ei­ nem im Regelkreis (V1, V2, RK, G, V3, V4) angeordneten Gleichrichter (G) als auch einer aus dem Sollwert gebil­ deten Führungsgröße (F) zugeführt ist.