HF-Verstärker, Funksendeempfänger mit diesem Verstärker und Mobilfunknetz mit
solchem Funksendeempfänger
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer variablen
Ausgangsleistung und mit einer Eingangs-Kopplungsschaltung, einer Ausgangs-
Kopplungsschaltung und einer Leistungssteuerung, gebildet aus einer Impedanz-
Fehlanpassungsschaltung.
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Solche Verstärkervorrichtungen nach der Erfindung werden besonders für
Zentralstationen eines Mobilfunknetzes verwendet. Tatsächlich wird ein solches Netz aus
mehreren Zentralstationen gebildet, die jeweils einen bestimmten geographischen Bereich
abdecken und auf mehreren sehr nahe gelegenen Frequenzkanälen senden. Um Störungen
zwischen Bereichen zu vermeiden muß die Ausgangsleistung jeder Zentralstelle strikt auf
den zu deckenden Bereich begrenzt sein.
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Das Dokument IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY
AND TECHNIQUE, Band MTT 27, Nr. 1, Januar 1979, Seiten 89-90, beschreibt eine
Vorrichtung variabler Leistungsschwächung, die zwei Koppler enthält, zwei Varactor-Dioden
und zwei Leitungen 50 Ω einer elektrischen Länge λ/4.
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Die Erfindung hat insbesondere das Ziel, die Ausgangsleistung einer
Verstärkervorrichtung variieren zu lassen, unter Schwächung der Zwischenmodulation
aufgrund der vom Ausgang der Verstärkervorrichtung erhaltenen Störsignale, die aus
benachbarten Vorrichtungen herrühren.
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Dafür ist eine Vorrichtung mit einer variablen Ausgangsleistung nach der
Erfindung entsprechend der Beschreibung des einleitenden Absatzes dadurch
gekennzeichnet, daß die besagten Eingangs- und Ausgangs-Kopplungsschaltungen einerseits über eine
erste Verstärkerkette verbunden sind und andererseits über eine zweite Verstärkerkette, die
Impedanz-Fehlanpassungsschaltung an den Eingang der besagten Verstärkerketten
angeschlossen ist, derart, daß die Werte der Eingangsimpedanzen der besagten Verstärkerketten,
an den Zugang der Eingangs-Kopplungsschaltung zurückgeführt, ähnlich sind.
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Diese Struktur hat den Vorteil, eine Schwächung der Zwischenmodulation
zu ermöglichen, die den Störsignalen zugrundeliegt, die am Ausgang der
Verstärkervorrichtung empfangen werden und aus benachbarten Verstärkervorrichtungen herrühren,
wenn die Station aus mehreren Verstärkervorrichtungen besteht.
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In einer vorgezogenen Durchführungsform einer Vorrichtung nach der
Erfindung ist die Fehlanpassungsschaltung eine Schaltung variabler Impedanz, bestehend aus
einer Gruppe PN-Dioden.
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Und in einer besonders vorteilhaften Durchführungsform nach der Erfindung
ist eine Kopplungsschaltung ein Koppler 90º-3dB.
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Die Erfindung betrifft auch einen Funksendeempfänger für Mobilfunknetze,
der eine solche Verstärkervorrichtung enthält, sowie ein Mobilfunksystem, das solche
Stationen enthält.
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Andere Besonderheiten, Details und Vorzüge der Erfindung werden mit der
folgenden Beschreibung hinsichtlich der angehängten Zeichnungen verdeutlicht, die als
nicht begrenzende Beispiele gegeben werden und von denen:
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- die Fig. 1 und 2 Prinzipschaltbilder einer Vorrichtung nach der
Erfindung sind,
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- die Fig. 3 ein Beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung ist,
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- die Fig. 4 ein Mobilfunksystem darstellt, bestehend aus einer Vielzahl an
Funksendeempfängern, eine Verstärkervorrichtung nach der Erfindung enthaltend.
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Nach Fig. 1 enthält eine Verstärkervorrichtung nach der Erfindung eine
Eingangs-Kopplungsschaltung Ci, wie z. B. in dem zuvor zitierten französischen Patent
beschrieben, mit vier Zugängen, bezeichnet mit p1 bis p4. Der Zugang p1 bildet den Eingang
I der Verstärkervorrichtung und erhält das HF-Signal.
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Der Zugang p2 ist einerseits mit dem Eingang einer ersten Kette A1 verbunden, die eine
Verstärkerkette ist, und andererseits mit der ersten Klemme einer ersten variablen
Impedanz Z1, deren zweite Klemme mit der Erde verbunden ist. Der Zugang p3 ist mit einer
zweiten Kette B einerseits, und andererseits mit der ersten Klemme einer zweiten variablen
Impedanz Z2 verbunden, deren zweite Klemme mit der Erde verbunden ist. Der Zugang p4
ist ein Isolationszugang, mit der Erde über einen ersten Widerstand Ri verbunden. Der
Ausgang der ersten Kette A1 bildet den Ausgang 0 der Verstärkervorrichtung. Die beiden
variablen Impedanzen Z1 und Z2 werden simultan über ein am Eingang Sk verfügbares
Steuersignal gesteuert.
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Diese Struktur, bestehend am Eingang aus einem Koppler 90º-3dB,
ermöglicht die Fehlanpassung der Eingangsimpedanzen der beiden Ketten A1 und B, ohne die
Stufe zu beeinträchtigen, die der Verstärkervorrichtung vorangeht. Tatsächlich variieren die
beiden Impedanzen Z1 und Z2 derart, daß die Werte der fehlangepaßten
Eingangsimpedanzen der beiden Ketten A1 und B, respektive an die Eingänge p2 und p3 des
Eingangskopplers C1 zurückgeführt, ähnlich sind. Eine selbe Leistungsproportion wird folglich zu den
Zugängen p2 und p3 des Eingangskopplers C1 reflektiert. Dabei wird, je nach den
Eigenschaften eines solchen Kopplers, die Phase eines an den Zugang p1 kommenden, aus dem
Zugang p3 herrührenden Signals in bezug auf ein aus dem Zugang p2 herrührenden Signals
um 90º verschoben; und die Phase eines am Zugang p3 verfügbaren, aus dem Zugang p1
herrührenden Signals wird in bezug auf ein Signal selber Herkunft, am Zugang p2
verfügbar, um 90º verschoben. Die Phase der beiden reflektierten Signale ist folglich am Zugang
p1 um 180º verschoben. Der Effekt des Rücksignals am Eingang der Vorrichtung ist Null.
Dagegen kommen reflektierte Signale in Phase an den Zugang p4. Sie fügen sich folglich
hinzu und werden von der Ladung Ri aufgenommen.
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Andererseits, wenn eine solche Verstärkervorrichtung für den Mobilfunk
verwendet wird, ist es besonders vorteilhaft, Verstärkerketten zu wählen, die in linearem
Format arbeiten. Tatsächlich ermöglicht dies, da jede Zentralstation über mehrere sehr
nahegelegene Frequenzkanäle sendet, Störungen zwischen Kanälen zu vermeiden.
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Die Fig. 2 beschreibt ein anderes Durchführungsbeispiel einer
Verstärkervorrichtung nach der Erfindung. Die Verweise der mit der Fig. 1 gemeinsamen Elemente
sind unverändert. Bei diesem Beispiel enthält eine Vorrichtung nach der Erfindung einen
Ausgangskoppler Co, wie z. B. in dem zuvor erwähnten französischen Patent beschrieben,
und ebenso vier Anschlußzugänge, p1 bis p4 numeriert, und die beiden Ketten A1 und B
sind Verstärkerketten. Der Zugang p1 des Ausgangskopplers Co ist mit dem Ausgang der
ersten Kette A1 verbunden. Sein Zugang p2 ist ein Isolationszugang, über einen zweiten
Widerstand Ro mit der Erde verbunden. Sein Zugang p3 bildet den Ausgang 0 der
Verstärkervorrichtung. Und sein Zugang p4 ist mit dem Ausgang der zweiten Kette B verbunden.
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Wenn die beiden Verstärkerketten A1 und B identisch sind, weist die hier
oben beschriebene Struktur den Vorteil auf, die Zwischenmodulation zu schwächen, die
den Störsignalen zugrundeliegt, die vom Ausgang der Verstärkervorrichtung empfangen
werden und von benachbarten Vorrichtungen herrühren. Tatsächlich bewirken solche
Störsignale eine Zwischenmodulation der Ausgangsstufen der beiden Verstärkerketten mit einer
Phasenverschiebung um 90º. Die Phasen der Zwischenmodulationsprodukte, die von einem
Kanal in bezug auf den anderen um 90º verschoben sind, werden am Ausgang der
Vorrichtung um 180º verschoben und heben sich folglich gegenseitig auf.
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Die Fig. 3 gibt eine detailliertere Beschreibung der
Fehlanpassungsschaltung. Die Verweise der mit Fig. 2 gemeinsamen Elemente sind unverändert. Die
Schaltung mit variabler Impedanz enthält vier PIN-Dioden mit der Bezeichnung PIN1, PIN2,
PIN3 und PN4, zwei Spulen L1 und L2 und acht Kondensatoren, numeriert C1 bis C8. Die
beiden ersten Dioden PIN1 und PIN2 sind parallel angeordnet. Ihre Anoden sind einerseits
zum Eingang des Steuersignals Sk, und andererseits über zwei parallel angeordnete
Kondensatoren C1 und C2 mit der Erde verbunden. Ihre Kathoden sind über den Kondensator
C4 mit dem Eingang der ersten Verstärkerkette A1, und über den Kondensator C3 mit dem
Zugang p2 des Eingangskopplers C1 verbunden. Die Dioden PIN3 und PIN4 sind parallel
angeordnet. Ihre Kathoden sind mit der Erde verbunden. Ihre Anoden sind über den
Kondensator C8 mit dem Eingang der zweiten Verstärkerkette B, und über den Kondensator C7
mit dem Zugang p3 des Eingangskopplers C1 verbunden. Die Kathoden der Dioden PIN1
und PIN2 sind über die beiden in Serie angeordneten Spulen L1 und L2 mit den Anoden
der Dioden PIN3 und PIN4 verbunden, während ihr Mittelpunkt über zwei parallel
angeordnete Kondensatoren C5 und C6 mit der Erde verbunden ist.
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Die Kondensatoren C3, C4, C7 und C8 ermöglichen die Isolation der
Fehlanpassungsschaltung für Gleichstrom, den Eingangskoppler C1 sowie die Eingänge der
beiden Verstärkerketten A1 und B. Die Kondensatoren C1, C2, C5 und C6 bilden Wege zur
Erdung für hohe Frequenzen. Dank den Spulen L1 und L2 werden die beiden
Diodengruppen PIN (PIN1, PN2 und PIN3, PIN4) vom selben Steuerstrom durchflossen, was zur
Wirkung hat, ihnen eine praktisch identische, dynamische Impedanz zu verleihen. So werden
durch Variierung des am Eingang Sk verfügbaren Steuerstroms IPIN die
Eingangsimpedanzen der beiden Verstärkerketten A1 und B identisch fehlangepaßt, während ihre Leistung
vermindert und die Ausgangsverstärkung auf den gesuchten Wert reduziert wird.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht den Erhalt besonders
interessanter Ergebnisse für eine Eingangsverstärkung der Größenordnung von 1W und eine
Leistung von ca. 20 dB.
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Fig. 4 zeigt ein Mobilfunknetz bestehend aus:
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- einem zentralen Funksendeempfänger 10 mit einer Sende-Empfangs-Antenne 11, um
einen geographischen Bereich ZG1 abzudecken, in dem sich zwei Mobile bewegen, die
je
weils über eine Sende-Empfangs-Antenne 21 und 31 und einen mobilen
Funksendeempfänger 22 und 32 verfügen,
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- und einen zentralen Funksendeempfänger 40 mit einer Sende-Empfangs-Antenne 41, um
einen geographischen Bereich ZG2 abzudecken, in dem sich zwei Mobile bewegen, die
jeweils über eine Sende-Empfangs-Antenne 51 und 61 und einen mobilen
Funksendeempfänger 52 und 62 verfügen.
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Die sechs Funksendeempfänger 10, 22 und 32 einerseits und 40, 52 und 62 andererseits
enthalten jeweils eine Verstärkervorrichtung nach der Erfindung. Nur die Vorrichtungen
13, 33 und 43 der Stationen 10, 32 und 40 sind auf der Figur dargestellt.
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Durch die derartige Begrenzung der Ausgangsleistung dieser Stationen ist es
möglich, Störungen zwischen den von den jeweiligen Zentralstationen 10 und 40
abgedeckten geographischen Bereichen und zwischen den verschiedenen Funksendeempfängern
zu vermeiden.
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Selbstverständlich können an den hier beschriebenen Durchführungsformen
Änderungen vorgenommen werden, insbesondere durch die Verwendung äquivalenter
technischer Mittel, ohne dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.