DE4434915C1 - Verfahren und Anordnung zum Ermitteln der Fehlanpassung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Fehlanpassung einer an eine Signalquelle angeschlossenen Last, insbesondere zum Ermitteln der Fehlanpassung einer an einen Sender angeschlossenen Antenne eines Funksystems. Wei­ terhin bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechende An­ ordnung.

Bei vielen Anwendungen, bei denen eine Signalquelle eine Last speist, besteht das Problem, die Anpassung der Last während des Betriebs überwachen zu können. Ein Beispiel hierfür ist die Anpassung einer Antenne an einen Sender eines Funksy­ stems, beispielsweise eines Mobilfunksystems. Durch die Über­ wachung sollen Funktionsstörungen im Bereich der Antenne auf­ grund der Verschlechterung der Anpassung am Ausgang des Sen­ ders erkannt werden.

Eine allgemein bekannte Anordnung zum Ermitteln der Fehlan­ passung einer an einer Signalquelle S angeschlossenen Last A, beispielsweise einer an einem Sender angeschlossenen Antenne, ist in Fig. 3 dargestellt. Mittels einer Koppelanordnung K, beispielsweise eines Reflektometer-Richtkopplers, werden kleine Anteile einer vom Sender S abgegebenen, vorlaufenden und einer entsprechenden reflektierten Welle an einer Meß­ stelle abgenommen. Den Anteilen zugeordnete Signale A1 und A2 werden zwei Gleichrichtern G1 bzw. G2 zugeführt. Im Falle ei­ ner Fehlanpassung der Antenne A entstehen unterschiedliche Richtspannungen GS1 und GS2 an den beiden Gleichrichtern G1 und G2. Eine nachgeschaltete Verarbeitungseinheit V ermittelt aus den unterschiedlichen Richtspannungen GS1 und GS2 ein die Fehlanpassung darstellendes Ausgangssignal AS. Dieses wird einer Auswertestufe AW, beispielsweise einer Anzeigeeinheit, zugeführt. Durch eine Überwachung des Ausgangssignals AS kann somit die Fehlanpassung der Antenne A überwacht werden.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der DE-OS 16 16 371 oder der DE 40 38 160 A1 bekannt.

Wenn bei dieser bekannten Anordnung der Ausgangspegel des Senders S zeitlich variiert, sind bei der Verarbeitung der Richtspannungen GS1 und GS2 zur Kompensation der nichtlinea­ ren Effekte der Kennlinien der Gleichrichter G1 und G2 Kom­ pensations- und Linearisierungsmaßnahmen erforderlich, so daß das Ausgangssignal AS möglichst wenig von der Ausgangslei­ stung des Senders S abhängt. Diese nichtlinearen Effekte kom­ men beispielsweise dadurch zustande, daß die Momentanwerte der Richtspannungen GS1 und GS2 von den Momentanwerten der an der Meßstelle abgenommenen Leistung des Senders S abhängen. Die Kompensation und Linearisierung kann gegebenenfalls unter Verwendung eines Mikrocomputers erfolgen.

Für manche Anwendungen ist das Ergebnis dieser Kompensation und Linearisierung noch zu ungenau. Auch arbeitet die bekann­ te Anordnung in einem nicht ausreichend großen Pegelbereich des Senders. Trotz des verhältnismäßig großen Aufwands ist das Ergebnis unbefriedigend.

Aus der US 4 721 901 ist es bekannt, bei der Messung des Re­ flexionsfaktors einen Phasenregelkreis zu verwenden. Die Phase des den Anteil der verlaufenden Welle darstellenden Si­ gnals wird in Abhängigkeit von ihrer Differenz bezüglich der Phase des den Anteil der reflektierenden Welle darstellenden Signals über eine Rückkopplung geregelt. Der Reflexionskoef­ fizient ergibt sich dann durch eine Auswertung der Amplitude der Signale und der gebildeten Phasendifferenz. Gleichzeitig erfolgt eine Regelung der spannungsgesteuerten Signalquelle.

Aus einer Veröffentlichung H. Pietzko, Funkschau, Heft 10, 1982, Seiten 87 bis 89 ist eine automatische Stehwellen-An­ zeige bekannt, bei der ein Regelkreis vorgesehen ist, um zwei elektronische Schalter, die wie regelbare Widerstände wirken, anzusteuern. Die Schalter bilden gemeinsam mit zwei weiteren Widerständen zwei gleichartige Spannungsteiler, die ein aus herkömmlichen Schaltungen bekanntes Doppelpotentiometer er­ setzen. Über den Regelkreis werden die Widerstände so verän­ dert, daß die Spannung am Teilerausgang immer konstant auf einem festgelegten Wert bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, bei deren Anwendung die Fehlanpas­ sung sehr viel genauer und zuverlässiger ermittelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren der ein­ gangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine entspre­ chende erfindungsgemäße Anordnung ist im Patentanspruch 6 an­ gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand einer in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausfüh­ rungsform einer Anordnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockbild einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 ein Schaltbild eines Teils der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 3 ein Blockbild einer bekannten Anordnung zum Ermitteln der Fehlanpassung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist, im Gegensatz zu der in Fig. 3 dargestellten bekannten Anordnung, im Verbin­ dungsweg zwischen der Koppelanordnung K und dem Gleichrichter G1 ein elektrisch einstellbares Dämpfungsglied D1 angeordnet. Das Dämpfungsglied D1 ist mit demjenigen Anschluß der Koppel­ anordnung K verbunden, der der vorlaufenden Welle zugeordnet ist. Im Verbindungsweg zwischen der Koppelanordnung K und dem Gleichrichter G2 ist ein fest eingestelltes Dämpfungsglied D2 angeordnet. Diesem Dämpfungsglied D2 wird der Anteil der re­ flektierten Welle zugeführt. Die Ausgangssignale A1′ und A2′ der Dämpfungsglieder D1 und D2 werden den Gleichrichtern G1 bzw. G2 zugeführt. Die Verarbeitungseinheit V führt unter an­ derem die Funktion eines Reglers, vorzugsweise eines PI-Reg­ lers, durch. Die Verarbeitungseinheit V erzeugt dabei ein Re­ gelsignal RS, das dem elektrisch einstellbaren Dämpfungsglied D1 zugeführt wird und das auch dem Ausgangssignal AS zugeord­ net ist.

Die in Fig. 1 als Blockbild dargestellte Anordnung sorgt da­ für, daß unabhängig vom Sendepegel die Richtspannungen GS1 und GS2 der Gleichrichter G1 bzw. G2 immer gleich groß sind und ihre Differenz somit Null oder nur geringfügig von Null verschieden ist. Die als integrierender Regler, insbesondere PI-Regler, arbeitende Verarbeitungseinheit V erzeugt aus der beim Einschalten der Anordnung oder des ersten Auftretens ei­ nes Sendesignals im allgemeinen von Null verschiedenen Diffe­ renz der Richtspannungen GS1 und GS2 das Regelsignal RS, das sich solange verändert, bis die Richtspannungen GS1 und GS2 und damit die an den beiden Gleichrichtern G1 und G2 liegen­ den Hochfrequenzleistungen gleich groß sind. Das Regelsignal RS, das dem Ausgangssignal AS zugeordnet ist, ist somit ein Maß für den Quotienten der an den Gleichrichtern G1 und G2 anliegenden Hochfrequenzleistungen und damit ein Maß für die Fehlanpassung der Antenne A.

Das fest eingestellte Dämpfungsglied D2 dient zum Ausgleich der Grunddämpfung des elektrisch einstellbaren Dämpfungsglie­ des D1. Diese Grunddämpfung muß so groß sein, daß bei einer Totalreflexion am Ausgang der Last und auf ein Dämpfungsmini­ mum eingestelltem elektrisch einstellbarem Dämpfungsglied D1 die beiden Richtspannungen GS1 und GS2 gleich groß sind.

Die in Fig. 2 als Schaltbild dargestellte Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung ist an die beiden Ausgänge der Koppelanordnung K für die vorlaufende und reflektierte Welle angeschlossen. Als (hier nicht dargestellte) Koppelanordnung K wird beispielsweise ein im Handel erhältlicher Reflektome­ ter-Koppler verwendet, der als Richtkoppler mit niedriger Durchgangsdämpfung und hoher Richtwirkung ausgebildet ist.

Das dem vorlaufenden Anteil der Welle zugeordnete Signal A1 wird über das elektrisch einstellbare Dämpfungsglied D1 dem als Diode ausgebildeten Gleichrichter G1 zugeführt. Das elek­ trisch einstellbare Dämpfungsglied kann auf verschiedenste Weise ausgeführt sein. Eine wesentliche Eigenschaft für die Leistungsfähigkeit der gesamten Anordnung ist eine möglichst geringe Abhängigkeit der Dämpfung von der Temperatur. Ein an­ wendbares preisgünstiges, elektrisch einstellbares Dämpfungs­ glied ist beispielsweise unter der Bezeichnung AT 013 von der Firma MACOM im Handel erhältlich und hat z. B. für den inter­ essierenden Temperaturbereich eine Temperaturkonstanz der Dämpfung von +/- 0,5 dB. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Dämpfungsglied D1 als ein FET-Dämpfungsglied ausge­ bildet ist.

Zwei Widerstände R1 und R2 dienen einerseits als Spannungs­ teiler, der die Vorspannung am nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers V1 einstellt. Andererseits dienen die Widerstände R1 und R2 dazu, einen Vorstrom im Gleichrich­ ter G1 einzustellen. Am nicht-invertierenden Eingang des Ope­ rationsverstärkers V1 ist eine entsprechende Anordnung aus Widerständen R3 und R4, sowie eine Diode G3 angeschlossen.

Das dem reflektierten Anteil der Welle zugeordnete Signal A2 wird einem aus drei Widerständen R5. . .R7 gebildeten, fest eingestellten Dämpfungsglied D2 zugeführt. Der Ausgang dieses Dämpfungsglieds D2 liegt über einen Koppelkondensator C am ebenfalls als Diode ausgebildeten Gleichrichter G2 an. In entsprechender Weise wie die Widerstände R1 und R2 dienen die Widerstände R8 und R9 dazu, die Vorspannung am invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers V2 und einen Vorstrom für den Gleichrichter G2 einzustellen. Am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers V2 ist eine den Widerstän­ den R3 und R4 entsprechende Anordnung aus Widerständen R10 und R11, sowie eine Diode G4 angeschlossen. Die Dioden G1. . .G4 sind vorzugsweise Silizium-Schottky-Dioden. Bei die­ sen ist die Richtspannung bei konstanter Eingangsleistung temperaturabhängig. Deshalb wird zur Kompensation dieses Effekts für die Weiterverarbeitung in der Verarbeitungsein­ heit die Differenz zwischen der Richtspannung der mit den Hochfrequenzleistungen beaufschlagten Dioden G1 und G2 und der der weiteren Dioden G3 bzw. G4 ohne Hochfrequenzansteue­ rung verwendet. Da jeweils die beiden Dioden G1 und G3 bzw. G2 und G4 vom gleichen Typ sind, mit dem gleichen Gleichstrom vorgespannt werden und sich in einem gemeinsamen Gehäuse be­ finden und somit auf gleicher Temperatur sind, wird eine op­ timale Kompensation der Temperaturabhängigkeit erreicht.

Die Ausgänge der Operationsverstärker V1 und V2 werden einem aus einem Operationsverstärker V3 gebildeten Differenzver­ stärker zugeführt. Diesem ist ein unter Verwendung eines Ope­ rationsverstärkers V4 ausgebildeter PI-Regler nachgeschaltet, an dessen Ausgang das Ausgangssignal AS abgegeben wird. Das Ausgangssignal AS wird über eine einen Operationsverstärker V5 enthaltende Anpassungsstufe als Regelsignal RS dem elek­ trisch einstellbaren Dämpfungsglied D1 zugeführt. Der PI-Reg­ ler erzeugt somit eine die Dämpfung des elektrisch einstell­ baren Dämpfungsglieds D1 bestimmende Regelspannung RS. Die Eingangsspannung des PI-Reglers, d. h. die Fehlerspannung ent­ steht durch die Verstärkung des Unterschieds der in den vor­ geschalteten Referenzverstärkern V1 und V2 verstärkten Richt­ spannungen der Gleichrichter G1 und G2. Durch diese Anordnung wird damit der sonst störende Einfluß der Offset-Spannungs­ drift dieser Verstärker V1 und V2 verringert.

Die Anpassungsstufe ist insbesondere dann erforderlich, wenn eine Vorzeichenumkehr zwischen dem Reglerausgang und dem Ein­ gang des elektrisch einstellbaren Dämpfungsglieds D1 notwen­ dig ist.

Claims (12)

1. Verfahren zum Ermitteln der Fehlanpassung einer an eine Signalquelle (S) angeschlossenen Last (A), bei dem unter Ver­ wendung einer an sich bekannten Koppelanordnung (K) Anteile einer von der Signalquelle (S) abgegebenen vorlaufenden und einer von der Last (A) reflektierten Welle darstellende Si­ gnale (A1, A2) jeweils einem Gleichrichter (G1, G2) zugeführt werden, und bei dem Signale (GS1, GS2) am Ausgang der Gleich­ richter (G1, G2) einer Verarbeitungseinheit (V) zugeführt werden, die ein ein Maß für die Fehlanpassung darstellendes Ausgangssignal (AS) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das den Anteil der vorlaufenden Welle darstellende Signal (A1) vor seiner Weiterleitung an den zugehörigen Gleichrich­ ter (G1) mit einer einstellbaren Dämpfung versehen wird, daß das den Anteil der reflektierten Welle darstellende Signal (A2) vor seiner Weiterleitung an den zugehörigen Gleichrich­ ter (G2) mit einer konstanten Dämpfung versehen wird, und daß in der Verarbeitungseinheit (V) ein Regelsignal (RS) erzeugt wird, das dem Ausgangssignal (AS) zugeordnet ist, und mit dem die einstellbare Dampfung verändert wird, bis die an den bei­ den Gleichrichtern (G1, G2) anliegenden Signale (A1, A2) mög­ lichst gleich sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Erzeugung des Regelsignals (RS) die Differenz aus den Signalen (GS1, GS2) am Ausgang der Gleichrichter (G1, G2) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (RS) entsprechend einer PI-Regelung er­ zeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (RS) nach einer Anpassung aus dem Aus­ gangssignal (AS) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalquelle (S) ein Sender und als Last eine Antenne (A) eines Funksystems verwendet werden.

6. Anordnung zum Ermitteln der Fehlanpassung einer an einer Signalquelle (S) angeschlossenen Last (A), bei der ein erster und ein zweiter Gleichrichter (G1, G2) vorgesehen sind, an denen erste bzw. zweite Signale (A1 bzw. A2) anliegen, die unter Verwendung einer an sich bekannten Koppelanordnung (K) erzeugt werden und Anteile einer von der Signalquelle (S) ab­ gegebenen vorlaufenden und einer von der Last (A) reflektier­ ten Welle darstellen, und bei dem eine Verarbeitungseinheit (V) vorgesehen ist, der die Signale am Ausgang der Gleich­ richter (G1, G2) zugeführt werden und die ein ein Maß für die Fehlanpassung darstellendes Ausgangssignal (AS) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Gleichrichter (G1) ein einstellbares Dämp­ fungsglied (D1) vorgeschaltet ist, daß dem zweiten Gleich­ richter (G2) ein konstantes Dampfungsglied (D2) vorgeschaltet ist und daß die Verarbeitungseinheit (V) als ein Regler aus­ gebildet ist, der ein dem Ausgangssignal (AS) zugeordnetes Regelsignal (RS) erzeugt, das am einstellbaren Dämpfungsglied (D1) anliegt und das die einstellbare Dampfung verändert, bis die an den beiden Gleichrichtern (G1, G2) anliegenden Signale (A1, A2) gleich sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler als ein PI-Regler ausgebildet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei der als Gleichrichter (G1, G2) Dioden vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Dioden (G1, G2) weitere Dioden (G3, G4) vorgesehen sind, wobei je­ weils eine Diode (G1, G2) und eine zugehörige weitere Diode (G3, G4) mit dem gleichen Gleichstrom vorgespannt wird und die Differenzen der Richtspannungen der jeweils einander zu­ geordneten Dioden (G1, G2) und weiteren Dioden (G3, G4) je­ weils mittels eines Operationsverstärkers (V1, V2) ermittelt werden.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verarbeitungseinheit (V) ein Operationsverstärker (V3) vorgesehen ist, der die Differenz der Ausgangssignale (GS1, GS2) der beiden Gleichrichter (G1, G2) bildet.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsweg zwischen der Verarbeitungseinheit (V) und dem einstellbaren Dämpfungsglied (D1) zur Anpassung des Regelsignals (RS) eine einen Verstärker (V5) aufweisende An­ passungsstufe vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Dämpfungsglied (D1) als FET-Dämpfungs­ glied ausgebildet ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (S) als ein Sender und die Last als eine Antenne (A) eines Funksystems ausgebildet sind.