DE4038160A1 - Verfahren zur erfassung von fehlanpassungen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Fehlanpassungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Die Erfindung betrifft insbesondere das Erfassen von Fehlanpassungen auf einer Speiseleitung zwischen einem Hochleistungssender und einer Antenne.

Bekannt sind in Lang-, Mittel- und Kurzwellensendern Richtkoppler in Verbindung mit Brückenschaltungen und Kreuzzeigerinstrumenten zur Anzeige von abgegebener RF-Leistung und gegebenenfalls vorhandener Fehlanpassung zwischen Senderausgang und Speiseleitung der Antenne. Es wurde beobachtet, daß bei starken RF-Laständerungen, wie sie beispielsweise bei Überschlägen an der Antenne auftre­ ten, die üblichen Schutzeinrichtungen des Senders (Über­ strom- bzw. Überspannungserfassungen) zu langsam reagie­ ren, so daß es zu Überschlägen im RF-Teil des Senders und der RF-Röhre kommen kann. Das Ansprechen dieser Schutz­ schaltungen im Sender lieferte oft keinen eindeutigen Hin­ weis auf die ursächliche Störung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsge­ mäßes Verfahren anzugeben, das eine schnelle Erfassung von Fehlanpassungen ermöglicht, so daß beim Auftreten von zu großen Fehlanpassungen innerhalb von wenigen Mikrosekunden eine Senderabschaltung eingeleitet und eine entsprechende Störungssignalisierung bewirkt werden kann. Der Wert der Fehlanpassung, bei der abgeschaltet werden soll, soll ein­ stellbar sein. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 7 angegebenen Merkmale. Die Un­ teransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Da­ bei wird die Erfindung im folgenden auch abkürzend "s-Er­ fassung" genannt.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Erläu­ terung des Verfahrens;

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung für die schnelle s-Erfassung bei einem Kurzwellensender und

Fig. 3 eine solche für einen Lang- und/oder Mittelwellen­ sender.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form einen RF-Hochleistungs­ sender S, z. B. mit einer Ausgangsleistung von 100 kW, an dessen Ausgang über eine Speiseleitung Sp eine Antenne A angeschlossen ist. Im folgenden werden folgende Bezeich­ nungen verwendet:
û - mit oder ohne Index - jeweils für eine hochfrequente Spannung,
U - mit oder ohne Index - jeweils für eine gleichgerich­ tete Hochfrequenzspannung. Die in der Speiseleitung Sp vor- und rücklaufenden elektromagnetischen Wellen werden zu einem geringen Teil durch einen Richtkoppler RK ausge­ koppelt. An dessen Ausgang entstehen die zugehörigen Span­ nungen û-vor und û-rück. Diese werden in einem Gleichrichter Gl gleichgerichtet, der RF-Anteil ausgefiltert (gesiebt), und es werden daraus die für die s-Erfassung nötigen Meßspannungen U-vor und U-rück gebildet, was anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert wird. Die Meßspannungen haben eine große Bandbreite, z. B. einige hundert kHz, so daß vorteilhafterweise eine schnelle s-Erfassung, z. B. im Mikrosekundenbereich, möglich wird.

Die Meßspannung U-vor, welche der vorlaufenden Welle ent­ spricht, gelangt über eine Gewichtsschaltung GS, in der eine Gewichtung mit dem Reflexionsfaktor r1, der zur Ab­ schaltung führt, erfolgt, auf einen Eingang eines Kompara­ tors Ko, der vorteilhafterweise eine Schalthysterese be­ sitzt. Die Meßspannung U-rück gelangt im Prinzip unverän­ dert auf den zweiten Eingang des Komparators Ko. In einem Überlagerungsverstärker ÜV oder einer entsprechenden Ad­ dierstufe kann der Meßspannung U-rück eine zusätzliche Gleichspannung Uo überlagert werden.

Diese dient zur Kompensation der von der Antenne A empfan­ genen Störungen, z. B. die Strahlungen von einem benach­ barten starken Sender, der auf einer benachbarten Frequenz sendet. Der Komparator Ko erzeugt nun ein Ausgangssignal, wenn die Meßspannung U-rück größer ist als die Schwellwert­ spannung, die der gewichteten Vorlaufspannung entspricht, die am Ausgang der Gewichtsschaltung GS anliegt. Da dieses Ausgangssignal sehr kurz sein kann, z. B. einige Mikrosekunden, ist es vorteilhaft, das Ausgangssignal in einer Impulsverlängerungsschaltung IV, z. B. einer soge­ nannten Monoflop-Schaltung, zu verlängern, z. B. auf eine Länge von 5 ms. Dieses Signal kann in vielfältiger Weise genutzt werden, z. B. zur schnellen Abschaltung der End­ stufe des Senders S, so daß dessen Beschädigung vermieden wird.

In der zuvor beschriebenen Schaltung wurde die Auswertung mittels U-vor und U-rück vorgenommen. Hierbei wurde eine Ge­ wichtung mit dem Reflexionsfaktor, der zur Abschaltung führen soll, vorgenommen. In ähnlicher Weise kann die Aus­ wertung mit Hilfe der Spannungen Umax=U-vor+U-rück und Umin=U-vor+U-rück vorgenommen werden.

Hierzu werden aus den Meßspannungen U-vor und U-rück in ei­ ner Addier- und Substrahierschaltung, z. B. einer Brücken­ schaltung BS, die in dem Gleichrichter GL integriert ist, die Meßspannungen Umax=U-vor+U-rück und Umin-U-rück er­ zeugt.

Die Meßspannung Umax gelangt über die Gewichtsschaltung GS, in der eine Gewichtung mit dem Kehrwert des Stehwel­ lenverhältnisses S1, das zur Abschaltung führen soll, er­ folgt, auf einen Eingang eines Komparator Ko, der vorteil­ hafterweise eine Schalthysterese besitzt.

Die Meßspannung Umin gelangt im Prinzip unverändert auf den zweiten Eingang des Komparators Ko. In einem Überlage­ rungsverstärker ÜV oder einer entsprechenden Addierschal­ tung kann der Meßspannung Umin eine zusätzliche Gleich­ spannung Uo überlagert werden. Diese dient wie im vorge­ nannten Fall zur Kompensation empfangener störender Strah­ lungen. Die nachgeschalteten Schaltkreise arbeiten in gleicher Weise wie in der zuvor geschilderten Auswertung mittels U-vor, U-rück und r.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das für einen Hoch­ leistungskurzwellensender geeignet ist und das die Auswer­ tung mit den Meßspannungen Umax, Umin und der Gewichtung mit dem Kehrwert des Stehwellenverhältnisses vornimmt. Mittels eines Richtkopplers RK werden von der Speiselei­ tung Sp zwischen der Antenne A und dem Sender S die Vor­ lauf- und Rücklaufspannungen û-vor, û-rück abgenommen und den Gleichrichtern V1 bis V4 zugeführt. Hierbei werden po­ sitive und negative Halbwellen der RF-Schwingung gleich­ gerichtet. Die folgenden Siebschaltungen mit Drosseln L1 bis L4 und Kondensatoren C1 bis C8 beseitigen die RF-An­ teile. Die Grenzfrequenz liegt bei 300 kHz und damit hoch genug für eine s-Erfassung innerhalb einiger Mikrosekun­ den. Die zur s-Erfassung benötigten Spannungen Umin und Umax werden in einer Brückenschaltung mit Widerständen R5 bis R8 gebildet. Umax und Umin können, gemäß den Formeln

Umax=U-vor+U-rück,
Umin=U-vor-U-rück,

prinzipiell auch durch Addier- bzw. Subtrahierschaltungen mit Hilfe schneller Operationsverstärker gebildet werden, die aber aufwendiger sind.

Die an den Brückenarmen A-C und A-D abgegriffenen Meßspan­ nungen Umin und Umax sind erdsymmetrisch. Sie werden auf zwei Differenzverstärker N1 und N2 gelegt, zur Impe­ danzwandlung und Umformung in erdunsymmetrische Meßspannungen. Die Meßspannung Umax wird anschließend durch einen einstellbaren Spannungsteiler R24 auf den Wert Umax/s1 reduziert und an den invertierenden Eingang eines Komparators N4 gelegt. Hierbei ist s1 der Schwellwert der Fehlanpassung, bei der die s-Erfassung ansprechen soll.

Zur Meßspannung Umin wird an einem Verstärker N3 eine kleine, an einen Widerstand R15 einstellbare Gleichspan­ nung addiert, deren Wirkung weiter unten beschrieben wird. Umin gelangt dann auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators N4. Erreicht die Fehlanpassung s=Umax/Umin den mit dem Spannungsteiler R24 vorgewählten Schwellwert s1, so wird Umax/s1=Umin, d. h. beide Komparatoreingangsspan­ nungen sind gleich groß. Der Komparator N4 bleibt aber noch in seiner Ruhelage, die durch eine Schalthysterese über Widerstände R22, R23, R25 stabilisiert ist. Über­ schreitet die Fehlanpassung den Schwellwert s1, wird Umax/s1<Umin und damit die Spannung am invertierenden Eingang größer als am nichtinvertierenden Eingang des Kom­ parators N4, so daß er ein Ausgangssignal liefert. Es wird zur besseren Auswertbarkeit in einer monostabilen Kipp­ stufe N5 auf ca. 5 ms verlängert und über einen Impedanz­ wandler V5, V6 zum Ausgang geführt.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur s-Erfas­ sung bei einem Lang- bzw. Mittelwellensender. Vor- und Rücklaufspannungen werden in einer Doppelweggleichrichter­ schaltung V1, V2 bzw. V3, V4, die aus zwei Überträgern Ü gespeist wird, gleichgerichtet, wodurch die Grenzfrequenz der RF-Siebschaltung höher gelegt werden kann (100 kHz), so daß kurze Ansprechzeiten der s-Erfassung möglich sind. Die Meßspannungen Umin bzw. Umax werden in der Brücke R5 bis R8 gebildet, an den Teilerwiderständen R8′ bzw. R7′ erdunsymmetrisch abgegriffen und nach Glättung mittels der Kondensatoren C9, C10 über Verstärker N1 bzw. N2 zu den Eingängen eines Komparators N4 geführt. Umin wird in N1, Umax in N2 verstärkt, wobei mit dem einstellbaren Wider­ stand R24 die Verstärkung so gewählt werden kann, daß sich am Ausgang von N2 Umax/s1 ergibt, mit s1 als Schwellwert der Fehlanpassung, bei der die s-Erfassung ansprechen soll. Erreicht die Fehlanpassung s den mit R24 voreinge­ stellten Schwellwert s1, so wird Umax/s1=Umin am Kompara­ toreingang N4, der durch eine Schalthysterese mit Verstär­ ker N6 und Widerständen R30, R29 in seiner Ruhelage gehal­ ten wird. Überschreitet s den Schwellwert s1, wird Umax/s1 <Umin und der Komparator N4 liefert ein Ausgangssignal, das mit einer monostabilen Kippstufe N5 auf 5 ms verlän­ gert wird und über einen Impedanzwandler am Ausgang zur Verfügung steht.

Das Ausgangssignal der s-Erfassung wird bei beiden erfin­ dungsgemäßen Anordnungen zur schnellen Abschaltung des Senders und zur Signalisierung benutzt. Bei Sendern mit einem Schaltverstärker als Modulator z. B. PDM-Sender, PSM-Sender, ist es besonders vorteilhaft, mit diesem Si­ gnal eine schnelle PDM-Impulssperre vorzunehmen, so daß Überschläge in der RF-Stufe sowie in der RF-Röhre selbst vermieden werden können. Diese Überschläge können entste­ hen, wenn durch Transformation von Kurzschlüssen in der Speiseleitung oder in der Antenne je nach elektrischer Länge zum Sender hin hohe RF-Spannungen in der RF-Stufe des Senders entstehen.

Über den oben erwähnten Verstärker N3 in Fig. 2 bzw. über N1 in Fig. 3 wird zur Meßspannung Umin eine kleine mit ei­ nem Widerstand R15 einstellbare Gleichspannung addiert. Das erhöht die Störsicherheit der Schaltung gegenüber Ein­ strahlungen benachbarter Sender, die von der Antenne zum Richtkoppler im Senderausgang gelangen können und beson­ ders in der Einschaltphase des Senders, bei der die RF- Leistung und damit die Meßspannungen noch klein sind. Es ist die zusätzliche Gleichspannung so zu wählen, daß eine Einkopplung von RF-Leistung von Nachbarsendern, die erfah­ rungsgemäß mit 30 dB unter der Nennleistung des Senders angenommen werden kann, noch nicht zu einem Ansprechen der schnellen s-Erfassung führt. Durch die addierte Zusatz­ spannung wird die Ansprechschwelle zu größeren s-Werten verschoben, wobei mit abnehmender RF-Spannung der Schwell­ wert ansteigt. Diese Verschiebung ist für die schnelle s-Erfassung nicht hinderlich, da zu erfassende Überschläge in der Antenne oder in der Speiseleitung erfahrungsgemäß bei kleiner Leistung im allgemeinen nicht auftreten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Erfassung von Fehlanpassungen auf einer Speiseleitung zwischen einem Sender und einer Antenne, wobei aus den in der Speiseleitung vor- und rück­ laufenden Wellen die Fehlanpassungen bestimmt werden, zumindest mit Hilfe eines Richtkopplers sowie einer nachgeschalteten Auswerteeinheit, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß durch den Richtkoppler (RK) Wechselspannungen (û-vor, û-rück), welche den auf der Speiseleitung (SP) vor- und rücklaufenden Wellen entsprechen, erzeugt werden,
• - daß aus den Wechselspannungen (û-vor, û-rück) nach ei­ ner Gleichrichtung und anschließender RF-mäßigen Siebung und gegebenenfalls zusätzlicher Weiterverar­ beitung Meßspannungen erzeugt werden,
• - daß die eine Meßspannung in einer Gewichtsschaltung (GS) mit einem Wert, der dem zulässigen Schwellwert der Fehlanpassung entspricht, gewichtet und an einen Eingang eines Komparators (Ko) gelegt wird,
• - daß die Meßspannung, ungewichtet an den anderen Ein­ gang des Komparators (Ko) gelegt wird, und
• - daß an dem Komparator (Ko) ein Ausgangssignal er­ zeugt wird, wenn die ungewichtete Meßspannung größer ist als die gewichtete Meßspannung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannungen (U-vor, U-rück) ein Abbild der vor- und rücklaufenden Welle der Speiseleitung (Sp) sind und daß die Gewichtung mit dem Schwellwert des Reflexionsfaktor vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannungen (Umin, Umax) Abbilder der maximalen und minimalen Spannung auf der Speiseleitung (Sp) sind und daß die Gewichtung mit dem reziproken Schwellwert des Stehwel­ lenverhältnisses vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Meßspannungen eine zusätzliche Spannung (Uo) überlagert wird, die die von der Antenne empfangene Stör­ spannung kompensiert.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Weiterverarbeitung der Meßspannungen (U-vor, U-rück) mit Hilfe von Addier- und Subtrahierschaltungen ge­ mäß der Formeln Umax=U-vor+U-rück,
Umin=U-vor-U-rück,vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Addition und Subtraktion mittels einer Brückenschal­ tung erfolgt.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (Ko) eine Impulsverlängerungsschaltung (IV, N5) nachgeschaltet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (Ko, N4) eine Schalthysterese besitzt.