Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vorwärtskoppler
und insbesondere einen Vorwärtskoppler zum Erfassen eines von
einem Vorwärtskreis verstärkten Eingangssignals sowie zum
Verstärken des Eingangssignals bei gleichzeitigem Begrenzen der
Verzerrung.
Stand der Technik
-
Wird ein mehrere frequenz-multiplexierte Träger
aufweisendes Eingangssignal von einem Verstärker verstärkt, so tritt
eine Intermodulations-Verzerrung ein, die sich in dem
Ausgangssignal des Verstärkers vermischt. Es ist bereits ein
Vorwärtskoppler bekannt, der eine Komponente einer solchen
Verzerrung mittels eines Vorwärtskreises beseitigt. Fig. 8 zeigt
den Aufbau eines Beispiels eines konventionellen
Vorwärtskopplers. Gemäss Fig. 8 ist der Vorwärtskoppler so
ausgebildet, dass er ein Eingangssignal mit einer Frequenz im
Hochfrequenzband an seiner Eingangsklemme 1 verstärkt und dass
während des Verstärkungsvorgangs mittels eines Verzerrungs-
Detektorkreises 2 eine in das Eingangssignal eingebrachte
Verzerrung erfasst, die Verzerrung durch einen Verzerrungs-
Beseitigungskreis 4 nach Passieren eines Leistungs-Kombinators
3 beseitigt sowie das verstärkte und verzerrungsbefreite
Eingangssignal an seiner Ausgangsklemme 6 ausgegeben wird.
-
Der Verzerrungs-Detektorkreis 2 verteilt das
Eingangssignal über einen Leistungs-Verteiler 11 hinweg auf einen
Hauptsignalweg 16 mit einem ersten variablen Dämpfungsregler 12,
einem ersten variablen Phasenschieber 13 und einem
Hauptver
stärker 14, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und
einen Linearsignalweg 17 mit einer Verzögerungsleitung 15. Der
Leistungs-Kombinator 3 gibt ein aus Signalen aus dem
Hauptsignalweg 16 und dem Linearsignalweg 17 bestehendes
zusammengesetztes Signal (Differenzsignal) und über den Hauptsignalweg
16 ein hauptverstärktes Signal in unveränderter Form aus.
-
Der Verzerrungs-Beseitigungskreis 4 weist einen
Hauptverstärker-Ausgangssignalweg 22 mit einer zweiten
Verzögerungsleitung 21 und einen Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23 auf.
Ein zweiter variabler Dämpfungsregler 24, ein zweiter
variabler Phasenschieber 25 und ein Hilfsverstärker 26 sind im
Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23 angeordnet und es werden die
durch den Hauptverstärker-Ausgangssignalweg 22 und den
Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23 geleiteten Signale durch einen
Leistungs-Kombinator 28 kombiniert. Der Leistungs-Verteiler 11
und die Leistungs-Kombinatoren 3 und 28 sind einfach,
beispielsweise mit Transformer-Schaltungen, Hybridschaltungen,
Richtkopplern usw., aufgebaut.
-
Im Betrieb dieses konventionellen Vorwärtskopplers wird
das der Eingangsklemme 1 beaufschlagte
Hochfrequenzband-Eingangssignal durch den Leistungs-Verteiler 11 auf zwei Kanäle
verzweigt. Das Hochfrequenzband-Eingangssignal in einem dieser
Kanäle wird durch den Hauptsignalweg 16 mit dem ersten
variablen Dämpfungsregler 12, dem ersten variablen Phasenschieber 13
und dem Hauptverstärker 14 verstärkt. Das Eingangssignal in
dem anderen Kanal wird durch eine erste Verzögerungsleitung 15
des Linearsignalwegs 17 verzögert. Die Ausgangssignale des
Hauptsignalwegs 16 und des Linearsignalwegs 17 werden dem
Leistungs-Kombinator 3 zugeführt. Da die erste
Verzögerungsleitung 15 des Linearsignalwegs 17 sowie der erste variable
Dämpfungsregler 12, der erste variable Phasenschieber 13 und der
Hauptverstärker 15 des Hauptsignalwegs 16 so geregelt werden,
dass die beiden Signale an der Eingangsklemme des Leistungs-
Kombinators 3 hinsichtlich ihrer Amplitude und ihres
Verzögerungsgrads gleich und in der Phase entgegengesetzt werden,
fällt als Ausgangssignal vom Leistungs-Kombinator 3 ein
Differenzsignal zwischen diesen Signalen an.
-
Der Linearsignalweg 17 weist nur die erste
Verzögerungsleitung 15 auf, so dass keine Verzerrung erzeugt wird.
Folglich kann die in dem vom ersten variablen Dämpfungsregler 12,
dem ersten variablen Phasenschieber 13 und dem Hauptverstärker
14 des Hauptsignalwegs 16 verstärkten Eingangssignal
eingemischte bzw. insbesondere im Hauptverstärker 14 erzeugte
Verzerrung als Differenzfehler anfallen, wenn die Funktion des
Verzerrungs-Detektorkreises 2 ordnungsgemäss abläuft. Diese
Verzerrung, d. h. das Differenzsignal, wird über, eine zweite
Ausgangsklemme des Leistungs-Kombinators 3 an den
Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23 ausgegeben, und es wird das
Ausgangssignal des Hauptverstärkers 14, bei dem es sich um das
verstärkte und die Verzerrung beinhaltende Eingangssignal
handelt, von der ersten Ausgangsklemme des Leistungs-Kombinators
3 direkt dem Hauptverstärker-Ausgangssignalweg 22 zugeführt.
Die Übertragungsfunktionen der von den Eingangsklemmen
des Leistungs-Kombinators 3 auf der Seite des Wegs 16 bis zur
Ausgangsklemme des Leistungs-Kombinators 28 sich erstreckenden
beiden Wege 22 und 23 werden so geregelt, dass sie
hinsichtlich Amplitude und Verzögerung gleich und in der Phase
entgegengesetzt sind. Deshalb wird im Leistungs-Kombinator 28 die
über den Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23 zugeleitete
Verzerrung mit entgegengesetzter Phase dem durch den
Hauptverstärker-Ausgangssignalweg 22 zugeführten verstärkten Signal, das
die gleiche Amplitude wie die Verzerrung aufweist, aber in der
Phase dieser entgegengesetzt ist, hinzugefügt. Damit wird die
Verzerrung des verstärkten Signals an der Ausgangsklemme 6 des
Leistungs-Kombinators 28 weggenommen.
-
Bei dem vorbeschriebenen Vorwärtskoppler nach dem Stand
der Technik ist es jedoch sehr schwierig, ein zeitstabiles
Gleichgewicht zwischen den beiden Vorwärtskreisen 2 und 4
vorzuhalten, da die Charakteristik des Verstärkers durch Änderung
der Umgebungstemperatur usw. beeinträchtigt wird.
-
Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 1-198809
(veröffentlicht am 10. August 1989) offenbart beispielsweise einen
Vorwärtskoppler, der mit einer Einrichtung zum Einkoppeln
eines Pilotsignals von spezifischer Frequenz in einen
Verzerrungs-Detektorkreis Versehen ist, die eine stabile Funktion
des Vorwärtskopplers ermöglichen soll. Fig. 9 zeigt den Aufbau
eines Beispiels dieses offenbarten Vorwärtskopplers.
-
Gemäss Fig. 9, in welcher gleiche Bauelemente wie in Fig.
8 dargestellt mit den gleichen Bezugsziffern ohne
weitergehende Beschreibung bezeichnet sind, wird ein auf die
Eingangsklemme 1 gelegtes Eingangssignal über einen ersten
Richtkoppler 40 einem Verzerrungs-Detektorkreis 7 sowie nach dem
Verstärken und Erfassen seiner Verzerrungskomponente durch den
Verzerrungs-Detektorkreis 7 über einen Leistungs-Kombinator 3
einem Verzerrungs-Beseitigungskreis 4 zugeführt.
-
Der Verzerrungs-Detektorkreis 7 weist einen
Hauptverstärker-Signalweg 16 mit einem Leistungs-Verteiler 11, einem
zweiten Richtkoppler 41, einem ersten variablen Dämpfungsregler
12, einem ersten variablen Phasenschieber 13 und einem
Hauptverstärker 16, sowie einen Linearsignalweg 17 auf. Der
Verzerrungs-Beseitigungskreis 4 umfasst einen Linearsignalweg 22 und
einen Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23 mit einem zweiten
variablen Dämpfungsregler 24, einem zweiten variablen
Phasenschieber 25, einem Hilfsverstärker 26 sowie einem dritten
Richtkoppler 27. Eine Ausgangsklemme eines
Leistungs-Kombinators 28 ist über einen vierten Richtkoppler 5 mit der
Ausgangsklemme 6 verbunden. Ein Oszillator 51 gibt ein
Pilotsignal mit einer spezifischen Frequenz aus, das über einen
Umschalter 52 in den ersten Richtkoppler 40 bzw. den zweiten
Richtkoppler 41, und in einen Mischer 33 einer den Mischer,
ein Tiefpassfilter 34 und einen Gleichstromverstärker 35
enthaltenden Synchronisations-Detektorschaltung 32 eingegeben
wird.
-
Ein Hochfrequenz-Umschalter 31 wählt einen der Ausgänge
der Richtkoppler 5 und 27 aus. Der Mischer 33 der
Synchronisations-Detektorschaltung 32 nimmt eine Frequenzumsetzung der
Konstantfrequenz aus dem Oszillator 51 mit dem Ausgangssignal
des Hochfrequenz-Umkehrschalters 31 vor. Eine Steuerschaltung
53 steuert den ersten variablen Dämpfungsregler 12 und den
ersten variablen Phasenschieber 13 bzw. den zweiten variablen
Dämpfungsregler 25 und den zweiten variablen Phasenschieber 26
auf der Basis des Ausgangssignals aus dem
Synchronisations-Detektorkreis 32.
-
Soll bei diesem Vorwärtskoppler der
Verzerrungs-Detektorkreis gesteuert werden, so werden die Umschalter 52 und 31 in
den Positionen gemäss Fig. 9 entgegengesetzte Stellungen
geschaltet, so dass das Pilotsignal über den Schalter 52 in den
ersten Richtkoppler 40 sowie ein Signal aus dem
Hilfsverstärker 26 über den dritten Richtkoppler 27 und den Schalter 31 in
die Synchronisations-Detektorschaltung 32 eingegeben werden.
Damit steuert die Steuerschaltung 53 den Dämpfungsgrad des
ersten variablen Dämpfungsreglers 12 und den Grad der
Phasenverschiebung des ersten variablen Phasenschiebers 13, so dass
der Pegel des Pilotsignals im Ausgangssignal des
Hilfsverstärkers 26 auf seinen Minimalwert gebracht wird. Damit besteht
die Möglichkeit, die durch unsymmetrische Funktionsweise des
Verzerrungs-Detektorkreises 7 bedingte Verzerrungskomponente
zu minimieren.
-
Befinden sich andererseits die Schalter 52 und 31 in den
Stellungen gemäss Fig. 9, so werden das Pilotsignal aus dem
Oszillator 51 in den Hauptverstärker-Signalweg 16 und ein
durch den Richtkoppler 5 vom Ausgangssignal des Leistungs-
Kombinators 28 abgezweigtes Signal über den Schalter 31 in die
Synchronisations-Detektorschaltung 32 eingegeben. Somit
steuert die Steuerschaltung 53 den zweiten variablen
Dämpfungsregler 24 und den zweiten variablen Phasenschieber 25, so dass
der Pegel des im Ausgangssignal des Leistungs-Kombinators 28
enthaltenen Pilotsignals auf seine minimale Grösse gebracht
wird. Dies hat zur Folge, dass eine automatische Regelung des
Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 ermöglicht wird.
-
Durch kontinuierliche oder intermittierende Durchführung
der vorbeschriebenen Steuervorgänge des
Verzerrungs-Detektor
kreises 7 und des Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 wird eine
optimale Betriebsbedingung für den Vorwärtskoppler geschaffen.
Das in die Eingangsklemme dieses Vorwärtskopplers eingegebene
Signal wird für die Informationsübertragung moduliert und kann
in gewissen Fällen diskontinuierlich sein. Dadurch wird der
Betrieb instabil, wenn dieses Eingangssignal zur Steuerung
herangezogen wird. Da jedoch dieser Vorwärtskoppler die
Steuerung unter Benutzung des Pilotsignals mit konstantem Pegel und
konstanter Frequenz durchführt, ist eine stabile Steuerung
möglich.
-
Dennoch ist der mit dem Pilotsignal arbeitende
Vorwärtskoppler mit dem Problem behaftet, dass, wenn die Pilotsignal-
Frequenz innerhalb des Arbeitsfrequenzbandes eingestellt ist,
die Steuerung bei Vorliegen eines Eingangssignals, dessen
Frequenz mit der Frequenz des Pilotsignals identisch ist,
instabil wird.
-
Ist andererseits die Frequenz des Pilotsignals auf eine
Grösse ausserhalb des Arbeitsfrequenzbereichs eingestellt, so
müssen die Charakteristiken der die Wege 16 und 17 des
Verzerrungs-Detektorkreises 7 bzw. die Wege 22 und 23 des
Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 bildenden Komponenten in einem die
Pilotsignal-Frequenz einschliessenden weiten Frequenzbereich
koinzident sein. Um beispielsweise einen Kompressionsgrad von
30 dB oder mehr im Frequenzbereich zu erhalten, müssen die
Amplituden- und Phasenabweichungen innerhalb ±0,3 dB bzw. ±2º
liegen. Diese Werte entsprechen der Abweichung zwischen
Pilotsignal-Frequenz und Arbeitsfrequenz bei völlig
weggenomnenem Pilotsignal. Somit erscheint es wünschenswert, die
Pilotsignal-Frequenz auf eine möglichst nahe bei der
Arbeitsfrequenz liegende Grösse einzustellen.
-
Weiterhin ändern sich die Charakteristiken der die
entsprechenden Kreise 7 und 4 bildenden Komponenten, wie
beispielsweise des Hauptverstärkers 14 und des Hilfsverstärkers
26 usw., mit einer Änderung der Umgebungstemperatur usw. Zum
Ausgleich für diese Änderung ist eine möglichst häufige
Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7 und des
Verzer
rungs-Beseitigungskreises 4 gefordert. Beim Steuern des
Verzerrungs-Detektorkreises 7 kann jedoch das Pilotsignal nach
aussen austreten, wenngleich dieser Austritt gering sein mag.
-
Muss weiterhin das Pilotsignal um beispielsweise 40 dB
zurückgenommen werden, so liegt die erforderliche Trennung in
den Hochfrequenz-Schaltern 52 und 31 bei 40 dE oder darüber.
Leider ist ein Halbleiter-Schalter, der eine solch hohe
Trennung von 40 dB, wie sie oft bei mit etwa 1 GHz arbeitenden
Vorwärtskopplern benutzt wird, noch nicht realisierbar, so
dass mechanische Hochfrequenz-Schalter, deren betriebliche
Nutzungsdauer im allgemeinen geringer ist als die eines
Halbleiter-Schalters, für die Schalter 52 und 31 eingesetzt
werden müssen.
-
Die EP-A-0 466 123 (Nippon Telegraph and Telephone
Corporation) beschreibt einen Vorwärtskoppler mit einer Fehler-
Detektorschaltung zum Erfassen einer nichtlinearen
Verzerrungskomponente eines Hauptverstärkers, und einer
Fehler-Verringerungsschaltung zum Verstärken der erfassten
Verzerrungskomponente durch einen Hilfsverstärker und zum Einkoppeln
derselben in den Hauptverstärker, um so eine Fehlerkomponente
zu beseitigen. Ein erstes Pilotsignal wird in einen Signal-
Eingangsweg des Vorwärtskopplers eingekoppelt, wobei das erste
Pilotsignal eine Frequenz aufweist, die leicht vom
Frequenzband des Eingangssignals abgesetzt bzw. gestreut ist.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die Erfindung ist in dem nachfolgenden Anspruch 1
definiert, auf den hiermit Bezug genommen wird. Vorteilhafte
Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen
offenbart.
-
Es folgt eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung in Form eines Vorwärtskopplers,
der aufweist einen Verzerrungs-Detektorkreis mit einem
Hauptverstärker zum Verstärken eines Eingangssignals, einem ersten
variablen Dämpfungsregler und einem ersten Variablen
Phasenschieber im Signalweg des Hauptverstärkers; einen mit dem
Ver
zerrungs-Detektorkreis verbundenen Leistungs-Kombinator zum
Ableiten eines verstärkten Signals und einer in diesem
enthaltenen Verzerrung; einen Verzerrungs-Beseitigungskreis zum
Empfangen des verstärkten Signals und der Verzerrung, der
einen Hilfsverstärker, einen zweiten variablen Dämpfungsregler
und einen zweiten variablen Phasenschieber im Signalweg des
Hilfsverstärkers aufweist und die Verzerrung von dem vom
Leistungs-Kombinator abgeleiteten verstärkten Signal wegnimmt;
einen variablen Frequenz-Oszillator zum Ausgeben eines
Pilotsignals; eine Synchronisations-Detektoreinrichtung zum
Empfangen einer von einem Teil des Verzerrungs-Beseitigungskreises
abgeleiteten Verzerrungskomponente bzw. des verstärkten
Signals, dessen Verzerrung durch den
Verzerrungs-Beseitigungskreis weggenommen wurde, wobei die
Synchronisations-Einrichtung einen Signalpegel erfasst; eine erste Steuereinrichtung
zum Einstellen der Pilotsignal-Frequenz; eine zweite
Steuereinrichtung zum Steuern des ersten variablen
Dämpfungsreglers und des ersten variablen Phasenschiebers von der
Synchronisations-Detektoreinrichtung bei Eingabe des Pilotsignals
in den Verzerrungs-Detektorkreis zusammen mit dem
Eingangssignal empfangen wurde; und eine dritte Steuereinrichtung zum
Steuern des zweiten variablen Dämpfungsreglers und des zweiten
variablen Phasenschiebers auf der Basis des Signalpegels des
verstärkten Signals, dessen Verzerrung beim Empfang durch die
Synchronisations-Detektoreinrichtung beseitigt beim Zuführen
des Pilotsignals zum Signalweg des Hauptverstärkers im
Verzerrungs-Detektorkreis beseitigt wurde; wobei der
Vorwärtskoppler dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste
Steuereinrichtung den variablen Frequenz-Oszillator über eine
Rücckopplungsschleife mit der Synchronisations-Detektoreinrichtung
in der Weise steuert, dass sich die Pilotsignal-Frequenz in
einem dem Eingangssignal zugeordneten Frequenzband befindet
und sich von den Frequenzen des Eingangssignals und der
Verzerrung unterscheidet.
-
Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform stellt die erste
Steuerschaltung die Frequenz des Pilotsignals aus dem
variab
len Frequenz-Oszillator auf einen Wert ein, der anders ist als
die Frequenzen des Eingangssignals sowie der Verzerrung und in
der Nähe des Mittelwerts der Frequenz des Eingangssignals
liegt. Damit kann die Frequenz des Eingangssignals, das zum
Verzerrungs-Detektorkreis geht und von diesem verstärkt werden
soll, niemals identisch mit der Frequenz des Pilotsignals
werden und ist die Pilotsignal-Frequenz auf eine Grösse
einstellbar, die in grösstmöglicher Nähe zu der zu verstärkenden
Eingangssignal-Frequenz liegt.
-
Weiter steuert in einer bevorzugten Ausführungsform die
vierte Steuereinrichtung die Verzerrungs-Detektor- und
Verzerrungs-Beseitigungskreise in der Weise, dass die Steuerung des
Verzerrungs-Beseitigungskreises im Normalzustand durch die
dritte Steuerschaltung erfolgt und die Steuerung des
Verzerrungs-Detektorkreises durch die zweite Steuerschaltung
vorgenommen wird, wenn ein Umgebungszustand eine weitgehende
Änderung erfährt. Damit lässt sich die Steuerzeit des Verzerrungs-
Detektorkreises minimieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Es zeigen:
-
Fig. 1 den Aufbau einer Ausführungsform des
erfindungsgemässen Vorwärtskopplers;
-
Fig. 2 ein Flussdiagramm, das den Funktionsablauf der
Ausführungsform gemäss Fig. 1 darstellt;
-
Fig. 3 ein Flussdiagramm, das Schritt Eins des
Funktionsablaufs nach Fig. 2 wiedergibt:
-
Fig. 4 ein Flussdiagramm, das Schritt Zwei des
Funktionslaufs nach Fig. 2 zeigt;
-
Fig. 5 ein Flussdiagramm, aus dem Schritt Drei des
Funktionsablaufs nach Fig. 2 ersichtlich ist;
-
Fig. 6 ein Flussdiagramm, das Schritt Vier des
Funktionsablaufs nach Fig. 2 aufzeigt;
-
Fig. 7 ein Flussdiagramm einer Nachsteueroperation eines
Verzerrungs-Detektorkreises der Ausführungsform gemäss Fig. 1;
-
Fi. 8 den Aufbau eines als Beispiel gezeigten
konventionellen Vorwärtskopplers; und
-
Fig. 9 den Aufbau eines als weiteres Beispiel gezeigten
Vorwärtskopplers nach dem Stand der Technik.
Einzelbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform eines
erfindungsgemässen Vorwärtskopplers, wobei in dieser Fig. 1
gleiche Bauteile wie in Fig. 9 dargestellt mit jeweils
gleichen Bezugsziffern ohne weitergehende Erklärung bezeichnet
sind. Gemäss Fig. 1 steuert eine Steuerschaltung 61 die
Dämpfung eines ersten variablen Dämpfungsreglers 12 und die
Phasenverschiebung eines ersten variablen Phasenschiebers 13
eines Verzerrungs-Detektorkreises 7, die Dämpfung eines
zweiten variablen Dämpfungsreglers 24 und die Phasenverschiebung
eines zweiten variablen Phasenschiebers 25, die Grenzfrequenz
eines variablen Tiefpassfilters 65 einer Synchronisations-
Detektorschaltung 54 sowie die Schwingfrequenz eines variablen
Frequenz-Oszillators 62. Bei dem variablen Frequenz-Oszillator
62 handelt es sich um einen spannungsgesteuerten Oszillator,
dessen Ausgangsfrequenz durch die Ausgangsspannung der
Steuerschaltung 61 variabel gesteuert und als Pilotsignal benutzt
wird.
-
Ein Hochfrequenz-Schalter 63 ist in Form eines durch die
Steuerschaltung 61 gesteuerten Ein-Aus-Schalters vorgesehen
und wirkt dahingehend, dass er das Ausgangssignal
(Pilotsignal) des variablen Frequenz-Oszillators 62 an einen
Hochfrequenz-Schalter 52 weitergibt oder die Weitergabe des
Ausgangssignals an diesen Hochfrequenz-Schalter unterbricht. Ein
Umgebungs-Detektor 64 erfasst Umgebungszustände wie beispielsweise
die Umgebungstemperatur und gibt ein elektrisches Signal mit
einem den jeweiligen Bedingungen entsprechenden Pegel aus. Das
Ein-/Aus-Schalten des Hochfrequenz-Schalters 53 zum Auswählen
eines der Ausgangssignale der Richtkoppler 5 und 27 und
zuführen desselben zum Mischer 33 der
Synchronisations-Detektorschaltung 54 und des Hochfrequenz-Schalters 52 wird
entspre
chend durch ein Schaltsignal aus der Steuerschaltung 61
ähnlich dem Hochfrequenz-Schalter 63 gesteuert.
-
Es folgt eine Beschreibung des Funktionsablaufs bei
diesehr Ausführungsform. Bei dem Vorwärtskoppler dieser
Ausführung wird der vier Schritte umfassende Funktionsablauf in der
Reihenfolge gemäss Fig. 2 unter Steuerung durch die
Steuerschaltung 61 durchgeführt. Dies bedeutet, dass in Schritt Eins
(Schritt 100) die Frequenz des Pilotsignals bestimmt, in
Schritt Zwei (Schritt 200) der Verzerrungs-Detektorkreis 7
gesteuert, in dem Schritt Drei (Schritt 300) der Verzerrungs-
Beseitigungskreis gesteuert und schliesslich in Schritt Vier
(Schritt 400) die Normalzustands-Steuerung durchgeführt wird.
Die Einzelabläufe in den entsprechenden Schritten werden
nachfolgend erläutert:
(1) Schritt Eins (100):
-
Die Bestimmung der Pilotsignal-Frequenz in Schritt Eins
erfolgt entsprechend dem Flussdiagramm gemäss Fig. 3. Zunächst
wird der in Fig. 1 dargestellte Schalter 53 mit der Klemme A
verbunden, so dass das Ausgangssignal des Vorwärtskopplers
über den vierten Richtkoppler 5 und den Schalter 53 in die
Synchronisations-Detektorschaltung 54 eingegeben wird (Schritt
101). Sodann wird der Hochfrequenz-Schalter 63 in Aus-Stellung
gebracht (Schritt 102) mit dem Ergebnis, dass das Pilotsignal
nicht in den Verzerrungs-Detektorkreis 7 eingegeben wird.
Damit kann nur das Eingangssignal von der Eingangsklemme 1 über
den ersten Richtkoppler 40 zum Leistungs-Verteiler 11
gelangen, in dem es in zwei Signale aufgeteilt wird, von dem das
erste über den zweiten Richtkoppler 41, den ersten variablen
Dämpfungsregler 12 und den ersten variablen Phasenschieber in
den Hauptverstärker 14 und das andere nach Verzögerung durch
die erste Verzögerungsleitung 15 in den Leistungs-Kombinator 3
eingegeben wird. Das Eingangssignal ist beispielsweise ein
Signal, welches über fünf zeitmultiplexierte Träger mit
gleicher Amplitude angefallen ist, wobei diese fünf Träger durch
den Vorwärtskoppler gleichzeitig linear verstärkt werden.
-
Wie an anderer Stelle bereits beschrieben, gibt der
Leistungs-Kombinator 3 nicht nur das Ausgangssignal des
Hauptverstärkers 14 direkt von der ersten Ausgangsklemme an den
Hauptverstärker-Signalweg 22 des Verzerrungs-Beseitigungskreises 4,
sondern kombiniert auch das von der zweiten Ausgangsklemme her
anfallende Ausgangssignal des Hauptverstärkers 14 mit dem
Eingangssignal aus der Verzögerungsleitung 15, leitet die in
den baulichen Komponenten des Wegs 16 gemischte bzw. durch
diese erzeugte Verzerrung ab und gibt diese an den
Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23 des
Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 aus. Der Verzerrungs-Beseitigungskreis 4 nimmt das
Verzerrungs-Eingangssignal zum Verzerrungssignal-Einkoppelweg 23
in ähnlicher Weise wie in einem konventionellen
Vorwärtskoppler weg und gibt das verstärkte und verzerrungsbeschränkte
Signal aus dem Leistungs-Kombinator 28 über den vierten
Richtkoppler 5 als Ausgangssignal des Vorwärtskopplers an die
Ausgangsklemme 6 und den Schalter 53 aus.
-
In diesem Falle steuert die Steuerschaltung 61 die
Ausgangs-Schwingfrequenz (Pilotsignal-Frequenz) des variablen
Frequenz-Oszillators 62 auf eine bestimmte Frequenz aus in der
Weise, dass die Synchronisations-Detektorschaltung 54 eine
Synchronisations-Erfassung an der Frequenz vornimmt (Schritt
103). Sodann speichert die Steuerschaltung 61 die Frequenz und
den Pegel des von der Synchronisations-Detektorschaltung 54
synchron erfassten Ausgangssignals des Vorwärtskopplers
(Schritt 104). Anschliessend ändert die Steuerschaltung 61 die
Ausgangs-Schwingfrequenz des variablen Frequenz-Oszillators 62
in eine andere Grösse, so dass der
Synchronisations-Detektorkreis 54 mit einer neuen Frequenz arbeitet (Schritt 105) und
wird festgestellt, ob diese neue Frequenz innerhalb des
vorgegebenen verfügbaren Frequenzbereichs liegt oder nicht (Schritt
106). Im Ja-Fall speichert die Steuerschaltung 61 erneut die
Frequenz und den Pegel des synchron erfassten Ausgangssignals
des Vorwärtskopplers in Schritt 104.
-
Auf diese Weise speichert die Steuerschaltung 61 die
Frequenz und den Pegel des Ausgangssignals des Vorwärtskopplers
bei sequentieller Änderung der
Synchronisations-Detektionsfrequenz der Synchronisations-Detektorschaltung 54 innerhalb des
verfügbaren Frequenzbereichs durch Steuern der
Ausgangsfrequenz des variablen Frequenz-Oszillators 62 (Schritte 109 bis
111)
-
Damit wird die Frequenz der Intermodulations-Verzerrung
zwischen den fünf Trägern bestimmt, die durch Verstärken des
Eingangssignals durch den Hauptverstärker 14 erzeugt wird. In
Fällen, wo die Steuerschaltung 61 die Frequenzkomponente der
über die Frequenz und den Pegel des Eingangssignals erzeugten
Verzerrung zu berechnen vermag, besteht keine Notwendigkeit
für die Durchführung der Abläufe in den Schritten 109 bis 111.
-
Danach errechnet die Steuerschaltung 61 den Mittelwert
der Frequenzen (bei dieser Ausführungsform fünf
Trägerfrequenzen) des in Schritt 104 gespeicherten Eingangssignals (Schritt
112), wonach die Frequenz des Pilotsignals in den Schritten
113 und 114 bestimmt wird. Das heisst, dass die Durchführung
einer stabilen Schnellsteuerung unmöglich ist, wenn die
Frequenz des Pilotsignals mit der Frequenz des Eingangssignals
oder der durch die Präsenz des Eingangssignals erzeugten
Verzerrungs-Frequenz koinzidiert, und dass hochpräzise Frequenz-
Charakteristiken für die beiden Kreise 7 und 4 erforderlich
sind, wenn sich die Frequenz des Pilotsignals beträchtlich von
der Frequenz des Eingangssignals unterscheidet.
-
In Anbetracht dieser Tatsache wird in dieser
Ausführungsform die Frequenz des Pilotsignals auf einen Wert eingestellt,
der weder der in Schritt 104 gespeicherten
Eingangssignal-Frequenz noch der durch das in Schritt 109 gespeicherte
Eingangssignal erzeugten Verzerrungs-Frequenz entspricht, sondern in
etwa dem in Schritt 112 errechneten Mittelwert der
Eingangsfrequenzen (Schritte 113 und 114).
-
Wahlweise besteht in dem Falle, wo die Anzahl der Träger
des Eingangssignals nicht so gross ist und die Träger-
Frequenzen des Eingangssignals vorhersehbar sind, die
Möglichkeit, eine geeignete Frequenz ohne Abfragen der
Synchronisations-Detektionsfrequenz in der
Synchronisations-Detektor
schaltung 54 und anschliessendes Überprüfen auf Koinzidenz
weder mit der Eingangssignal-Frequenz noch der Verzerrungs-
Frequenz durch Umstellen des Schalters 53 zwischen den Klemmen
A und B auszuwählen.
(2) Schritt Zwei (200)
-
Die Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7 erfolgt
entsprechend dem Flussdiagramm gemäss Fig. 4. Zunächst wird
der in Fig. 1 dargestellte Hochfrequenz-Schalter 63 in die
Ein-Stellung gebracht (Schritt 201), wonach die Hochfrequenz-
Schalter 52 und 53 mit den Klemmen B verbunden werden (Schritt
202 und 203). Hierdurch werden das durch den variablen
Frequenz-Oszillator 62 erzeugte und die im ersten Schritt
bestimmte Frequenz aufweisende Pilotsignal über den
Hochfrequenz-Schalter 63, den Schalter 52 und den ersten Richtkoppler
40 an den Verzerrungs-Detektorkreis 7 und die
Ausgangs-Verzerrungskomponente des Hilfsverstärkers 26 über den dritten
Richtkoppler 27 und den Schalter 53 an den Synchronisations-
Detektorkreis 54 gegeben. In diesem Falle besteht die
Möglichkeit, den Rauschabstand der
Synchronisations-Detektorschaltung 54 durch Steuern der Grenzfrequenz des in der
Synchronisations-Detektorschaltung 54 enthaltenen variablen
Tiefpassfilters 65 mittels der Steuerschaltung 61 zu verbessern,
so dass das Durchlaßband der Synchronisations-Detektorschaltung 54
verschmälert wird.
-
Sodann beaufschlagt die Steuerschaltung 61 den variablen
Dämpfungsregler 12 und den variablen Phasenschieber 13 mit
geeigneten Steuerspannungen (Schritt 204) und werden nach
erfolgter Messung des derzeitigen Detektionspegels der
Synchronisations-Detektorschaltung 54, d. h. des derzeitigen
Pilotsignalpegels, (Schritt 205) die Steuerspannungen auf andere Werte
umgestellt (Schritt 206) und wird der Detektionspegel des
Pilotsignals der Synchronisations-Detektorschaltung 54 erneut
gemessen (Schritt 207).
-
Die zu diesem Zeitpunkt von der
Synchronisations-Detektorschaltung 54 erfasste Pilotsignal-Pegelsynchronisation ist
der Verzerrungspegel, der auf einen Fehler zwischen Signalen
in den Wegen 16 und 17 des Verzerrungs-Detektorkreises 7, die
in ihrer Amplitude gleich und in ihrer Phase entgegengesetzt
sind, hinweist. Damit steuert die Steuerschaltung 61 den
variablen Dämpfungsregler 12 und den variablen Phasenschieber 13
mit Steuerspannungen, mit denen aus den Detektionspegeln des
gemessenen Pilotsignals ein niedriger Detektionspegel erreicht
wird (Schritt 208).
-
Anschliessend entscheidet die Steuerschaltung 61, ob der
derzeitige Detektionspegel des Pilotsignals niedriger ist als
ein Vorgabewert oder nicht (Schritt 209), wobei der Ablauf an
Schritt 205 zurückgeht, wenn dieser höher ist. Auf diese Weise
steuert die Steuerschaltung 61 den Dämpfungsgrad des variablen
Dämpfungsreglers 12 und den Grad der Phasenverschiebung des
variablen -Phasenschiebers 13, so dass der Pegel des von der
Synchronisations-Detektorschaltung 54 erfassten und in die
Steuerschaltung 61 eingebenen Pilotsignals sich auf eine unter
dem Vorgabewert liegende Mindestgrösse reduziert. In diesem
Falle ist das Steuerverfahren vorzugsweise auf einen
Algorithmus mit hoher Konvergenz-Geschwindigkeit, wie beispielsweise
beim Steilstabfall-Verfahren, abgestellt.
-
Danach bestätigt die Steuerschaltung 61 durch Umschalten
des Hochfrequenz-Schalters 63 in seine Aus-Stellung, dass die
Pilotsignal-Frequenz weder mit der Frequenz des
Eingangssignals an der Eingangsklemme 1 noch mit der durch dieses
Eingangssignal erzeugten Verzerrungs-Frequenz koinzident ist
(Schritt 210).
(3) Schritt Drei (300):
-
Die Steuerung des Verzerrungs-Beseitigungskreises 4
erfolgt entsprechend dem Flussdiagramm gemäss Fig. 5. Zuerst
wird der in Fig. 1 dargestellte Hochfrequenz-Schalter 63 in
seine Ein-Stellung gebracht (Schritt 301), wonach die
Hochfrequenz-Schalter 52 und 53 mit den Klemmen A verbunden werden
(Schritte 302 und 303). Hierdurch werden das vom variablen
Frequenz-Oszillator 62 erzeugte und die im ersten Schritt
be
stimmte Frequenz aufweisende Pilotsignal über den
Hochfrequenz-Schalter 63, den Schalter 52 und den zweiten
Richtkoppler 41 dem Weg 16 des Verzerrungs-Detektorkreises 7 und
das Ausgangssignal des Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 über
den vierten Richtkoppler 5 und den Schalter 53 der
Synchronisations-Detektorschaltung 54 zugeführt.
-
Sodann beaufschlagt die Steuerschaltung 61 den variablen
Dämpfungsregler 24 und den variablen Phasenschieber 25 mit
Steuerspannungs-Anfangswerten (Schritt 304) und werden nach
erfolgter Messung des derzeitigen Detektionspegels der
Synchronisations-Detektorschaltung 54, d. h. des Pilotsignal-
Pegels (Schritt 305), die Steuerspannungen auf andere Werte
umgestellt (Schritt 306), wonach der Detektionspegel des
Pilotsignals der Synchronisations-Detektorschaltung 54 erneut
gemessen wird (Schritt 307).
-
Die von der Synchronisations-Detektorschaltung 54
erfasste derzeitige Pilotsignal-Pegelsynchronisation ist der
Verzerrungspegel, der auf einen Fehler zwischen Signalen in
den Wegen 22 und 23 des Verzerrungs-Beseitigungskreises 4, die
in der Amplitude gleich und in der Phase entgegengesetzt sind,
hinweist. Deshalb steuert die Steuerschaltung 61 den variablen
Dämpfungsregler 24 und den variablen Phasenschieber 25 mit
Steuerspannungen, mit denen aus den Detektionspegeln des
gemessenen Pilotsignals ein niedriger Detektionspegel erreicht
wird (Schnitt 308).
-
Anschliessend entscheidet die Steuerschaltung 61, ob der
derzeitige Detektionspegel des Pilotsignals kleiner ist als
ein Vorgabewert oder nicht (Schritt 309) und wird der Ablauf
an Schritt 305 zurückgegeben, wenn dieser höher ist. Auf diese
Weise steuert die Steuerschaltung 61 den Dämpfungsgrad des
variablen Dämpfungsreglers 24 und den Grad der
Phasenverschiebung des variablen Phasenschiebers 25, so dass der Pegel des
von der Synchronisations-Detektorschaltung 54 erfassten und in
die Steuerschaltung 61 eingegebenen Pilotsignals sich auf eine
unter dem Vorgabewert liegende Mindestgrösse reduziert.
-
Danach bestätigt die Steuerschaltung 61 durch Umschalten
des Hochfrequenz-Schalters 63 in seine Aus-Stellung, dass die
Pilotsignal-Frequenz weder mit der Frequenz des
Eingangssignals an der Eingangsklemme 1 noch mit der durch dieses
Eingangssignal verursachten Verzerrungs-Frequenz koinzident ist
(Schritt 310). Sodann speichert die Steuerschaltung 61 die
derzeitigen Steuerspannungen des variablen Dämpfungsreglers 24
und des variablen Phasenschiebers 25 sowie die derzeitige
Ausgangsspannung des Umgebungs-Detektors 64 in den eingebauten
Speicher ab (Schritt 311).
(4) Schritt Vier (400):
-
Im Normalzustand erfolgt die Steuerung in Schritt Vier
nach dem Flussdiagramm gemäss Fig. 6. Man beachte, dass am
Ende des Steuerprozesses in Schritt Drei die optimale
Betriebsweise des Vorwärtskopplers gesichert ist. Die Steuerung
muss jedoch von Zeit zu Zeit nachgeführt werden, um durch
Änderung von Umgebungszuständen, wie beispielsweise der
Umgebungstemperatur, bedingte Veränderungen hinsichtlich
Verstärkungsfaktor und Phase des Verstärkers auszugleichen.
-
Wenngleich die Dämpfung des
Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 direkt die Dämpfung der Verzerrung bestimmt, soll weiter
die Dämpfung des Eingangssignals durch den
Verzerrungs-Detektorkreis 7 verhindern, dass der Pegel des in den
Hilfsverstärker 26 abgeleiteten Eingangssignals zu hoch wird. Liegt also
ein gewisser Spielraum im Ausgangssignal des Hilfsverstärkers
26, so wird der Dämpfungsrad des
Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 entsprechend flexibel. Weiter ist beim Pilotsignal ein
Durchtritt nach aussen zu verzeichnen, wenn der Verzerrungs-
Detektorkreis 7 gesteuert wird.
-
Gemäss dieser Ausführungsform erfolgt die Steuerung des
Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 im Normalzustand wie für
Schritt Vier beschrieben. Da es jedoch üblicherweise praktisch
keinen Fall gibt, wo die Steuerspannungen Normalzustand
einer starken Änderung unterworfen sind, kommt vorzugsweise ein
Steuerverfahren zur Anwendung, bei dem die entsprechenden
Steuerspannungen nur geringfügig verändert werden. Nachdem
also in Schritt Vier die Steuerschaltung 61 den Dämpfungsgrad
des variablen Dämpfungsreglers 24 und den Grad der
Phasenverschiebung des Phasenverschiebers 24 mit den Steuerspannungen
für den unteren Detektionspegel des in den Schritten 401 bis
408 ähnlich den Steuerschritten 301 bis 308 beim Verzerrungs-
Beseitigungskreis 4 in Schritt Drei von der Synchronisations-
Detektorschaltung 54 erfassten und in die Steuerschaltung 61
eingegebenen Pilotsignals steuert, bestimmt die
Steuerschaltung 61, ob die Steuerspannungen stark von den Vorgabewerten
abweichen oder nicht (Schritt 409).
-
Liegt keine grosse Abweichung vor, so bestimmt die
Steuerschaltung 61, ob nach der vorherigen Steuerung des
Verzerrungs-Detektorkreises 7 eine konstante Zeit abgelaufen ist
oder nicht (Schritt 410). Ist die konstante Zeit nicht
abgelaufen, so wird durch Drehen des Hochfrequenz-Schalters 63 in
seine Aus-Stellung bestätigt, ob die Frequenz des Pilotsignals
weder mit der Eingangssignal-Frequenz noch der durch die
Eingangssignal-Frequenz verursachten Verzerrungs-Frequenz
koinzidiert oder nicht (Schritt 411). Anschliessend wird der Ablauf
an Schritt 405 zurückgegeben, um durch Änderung der
Steuerspannungen diejenigen Steuerspannungen zu erhalten, mit
denen ein niedrigerer Detektionspegel des Pilotsignals
erreichbar ist.
-
Wird andererseits in Schritt 409 entschieden, dass die
Steuerspannungen stark abweichen, so wird angenommen, dass die
grosse Abweichung der Steuerspannungen des
Verzerrungs-Beseitigungskreises 4 durch eine Veränderung der Umgebungszustände
bedingt ist, nachdem vorausgesetzt werden kann, dass der
Verzerrungs-Detektorkreis 7 und der Verzerrungs-Beseitigungskreis
4 sich unter im wesentlichen gleichen Umgebungsverhältnissen
befinden und dass der Verzerrungs-Beseitigungskreis 4 ständig
auf den Optimalwert ausgesteuert wird. Deshalb entscheidet die
Steuerschaltung 61, dass dies die Voraussetzung ist für die
Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7, wobei nach
erneuter Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7 (Schritt 412)
der Ablauf an Schritt 402 zurückgeht, um den
Verzerrungs-Beseitigungskreis 4 wieder im Normalzustand zu steuern.
-
Da die entsprechenden Bauelemente des Vorwärtskopplers
altersbedingten Veränderungen unterworfen sind, muss weiterhin
der Verzerrungs-Detektorkreis 7 in einem relativ langen
Zeitintervall aktiviert werden. Wird also in Schritt 410
entschieden, dass die konstante Zeit seit der vorhergehenden Steuerung
des Verzerrungs-Detektorkreises 7 abgelaufen ist, so
entscheidet die Steuerschaltung 61 weiterhin, dass eine
Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7 erforderlich ist, wobei
nach erneuter Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7
(Schritt 412) der Ablauf an Schritt 402 zurückgeht, um den
Verzerrungs-Beseitigungskreis 4 im Normalzustand zu steuern.
-
Die erneute Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7
in Schritt 412 erfolgt nach dem Flussdiagramm in Fig. 7. Diese
Nachsteuerung ist ähnlich der Steuerung des
Verzerrungs-Detektorkreises 7 in dem mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Schritt
Zwei. Nachdem durch die Steuerschaltung 61 die Hochfrequenz-
Schalter 52 und 53 an die Klemmen B gelegt worden sind
(Schritte 4121 und 4122), steuert die Steuerschaltung 61 den
Dämpfungsgrad des variablen Dämpfungsreglers 12 und den Grad
der Phasenverschiebung des variablen Phasenschiebers 13 in der
Weise, dass der Pegel des vom Synchronisations-Detektorkreis
54 erfassten und in die Steuerschaltung 61 eingegebenen
Pilotsignals auf einen Minimalwert reduziert wird, der kleiner
ist als der Vorgabewert (Schritt 4123 bis 4128).
-
Anschliessend wird durch Drehen des
Hochfrequenz-Schalters 63 in seine Aus-Stellung bestätigt, dass die Pilotsignal-
Frequenz weder mit der Frequenz des Eingangssignals noch der
durch das Eingangssignal verursachten Verzerrungs-Frequenz
koinzidiert (Schritt 4129). Sodann werden zu dem Zeitpunkt, da
die Steuerung des Verzerrungs-Detektorkreises 7 beendet ist,
die Verzerrungsbeseitigungs-Steuerspannungen für den variablen
Dämpfungsregler 24 und den variablen Phasenschieber 25 sowie
die Ausgangsspannung des Umgebungs-Detektors 64 aktualisiert
und in den Speicher der Steuerschaltung 61 abgespeichert
(Schritt 4130).
-
In dem in Fig. 6 dargestellten Schritt 409 besteht die
Möglichkeit, die in Schritt Drei gespeicherte Ausgangsspannung
des Umgebungs-Detektors 64 mit der aktuellen Ausgangsspannung
des Umgebungs-Detektors 64 zu vergleichen zwecks Entscheidung,
ob die aktuelle Spannung stark von dem Vorgabewert abweicht
oder nicht, wobei im Falle des Vorliegens einer grossen
Abweichung der Verzerrungs-Detektorkreis 7 erneut gesteuert
wird.
-
Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, den
Vorwärtskoppler, welcher durch sequentielle Durchführung der
Schritte Eins bis Vier stabil steuerbar ist, aus Bauelementen
herzustellen, deren Frequenz-Charakteristiken nicht so präzise
wie für den konventionellen Vorwärtskoppler sein müssen, und
ist der Vorwärtskoppler durch die geringere Zahl von
Steuerungen des Verzerrungs-Detektorkreises äusserst langlebig und
haltbar.
-
Wie vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsform
beschrieben, ist die Pilotsignal-Frequenz niemals koinzident mit
der in den Verzerrungs-Detektorkreis eingegebenen
Eingangssignal-Frequenz, so dass eine stabile Steuerung des
Vorwärtskopplers ermöglicht wird. Da weiterhin die Pilotsignal-
Frequenz auf einen Wert eingestellt werden kann, welcher in
etwa der Frequenz des zu verstärkenden Eingangssignals
entspricht, und die Frequenz-Charakteristiken eines der beiden
Wege im Verzerrungs-Detektorkreis nicht so genau koinzident
wie die des anderen Wegs zu sein brauchen, was auch für den
Verzerrungs-Beseitigungskreis gilt, ist der Vorwärtskoppler
auf einfache Weise herstellbar.
-
Weil ausserdem die Steuerzeit des
Verzerrungs-Detektorkreises durch Schritt Vier verkürzt werden kann, wird der
Austritt des Pilotsignals nach aussen minimiert. Weiterhin
besteht die Möglichkeit, den Vorwärtskoppler selbst bei Einsatz
mechanischer Hochfrequenz-Schalter für eine längere
Nutzungslebensdauer herzustellen, als dies beim konventionellen
Vor
wärtskoppler möglich ist, weil die Umschalthäufigkeit der
Steuerung zwischen dem Verzerrungs-Detektorkreis und dem
Verzerrungs-Beseitigungskreis geringer ist als bei dem
Vorwärtskoppler nach dem Stand der Technik.