EP0280912B1 - Kurzwellen-Dipolgruppen - Google Patents

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EP0280912B1
EP0280912B1 EP88101660A EP88101660A EP0280912B1 EP 0280912 B1 EP0280912 B1 EP 0280912B1 EP 88101660 A EP88101660 A EP 88101660A EP 88101660 A EP88101660 A EP 88101660A EP 0280912 B1 EP0280912 B1 EP 0280912B1
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EP
European Patent Office
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phase
transmitters
transmitter
comparator
short
Prior art date
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Revoked
Application number
EP88101660A
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English (en)
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EP0280912A1 (de
Inventor
Jürgen Dipl.-Ing. Reiche
Manfred Dipl.-Ing. Idselis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASEA BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Original Assignee
Asea Brown Boveri AG Germany
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

Definitions

  • the invention relates to an HF transmission device with shortwave dipole groups. According to the preamble of patent claim 1.
  • shortwave antennas which consist of a large number of single dipoles arranged one above the other and next to one another are built up. All transmitter energy is directed to the base of the antenna. There the power is divided into individual groups of antennas, the so-called bays.
  • the main beam direction of such short-wave curtain antennas can be pivoted in the azimuthal direction in that adjacent dipoles or dipole groups are fed with currents of different phases and the same amplitude.
  • the change in the feed current phase required for this is effected in stages or continuously by switchable detour lines or motor-driven trombone lines.
  • the switching devices required for this, the detour lines and the trombone lines are relatively complex components.
  • the radiation power of the antenna is limited and depends on the maximum possible power of the high-frequency transmitter (HF transmitter).
  • a transmitter device which has a plurality of antennas. Each antenna is preceded by a series connection of an oscillator, a modulator and a filter. Each oscillator is connected to a standard oscillator via a phase shifter. The phase shifters are used to correct phase differences between the individual oscillators.
  • the object of the invention is to provide short-wave dipole groups of the type mentioned, in which an increase in the transmission power can be achieved when using conventional RF transmitters, and in which the switching devices, the detour lines or trombone lines, which change the feed current phase serve, can be dispensed with.
  • Phase rotation elements are preferably used to set the different phase positions. These are electronic components that rotate the phase position of the reference oscillator signal in accordance with a specifiable setpoint. If n RF transmitters are operated with different phase positions, at least n-1 phase rotators must be used.
  • the phase difference is maintained using a control loop.
  • the phase deviation between two supply current lines of the dipole groups is measured by a phase comparison device.
  • This actual phase value is compared in a comparator with a specifiable setpoint. If there is a discrepancy between the setpoint and the actual value, the comparator influences the phase rotating element in such a way that the phase error is compensated for.
  • the command input (target value specification) for controlling the phase rotating elements is advantageously carried out by a process computer.
  • the process computer is given the different radiation angles (corresponding to the transmission target areas) that are set in the course of a day.
  • the process computer calculates the desired phase differences of the individual dipole subgroups required for the radiation angle at all times and issues control commands to the comparators accordingly.
  • the carrier power supplied to the antenna can be increased considerably without having to modify standardized components of the system (for example power lines, RF transmitters), since instead of just one RF transmitter, several RF transmitters feed the antenna.
  • the pivoting of the main lobe can be continuously adjusted in other angular ranges, e.g. plus / minus 0 and plus / minuns 30 °. It is set by comparing the phases of the leading wave (coupled out at the base of the subgroups). The phase is set at a low power level because the phase shifter is arranged in front of the RF transmitter.
  • the mechanically complex detour lines or trombone lines can be omitted and the switchover times can be shortened considerably.
  • the Phase adjustment is also accessible to electronic regulation and control by an electronic data processing system.
  • the schematically indicated short-wave dipole group (short-wave curtain antenna) consists of two dipole sub-groups 10, 11, which are each composed of two dipoles.
  • the two dipoles of a dipole subgroup 10, 11 are each connected in parallel via a branch 12.
  • Each of the two dipole subgroups 10, 11 is fed by its own associated RF transmitter 13, 14.
  • the two RF transmitters 13, 14 are controlled with the same information signal from a low-frequency signal transmitter 15.
  • a common reference oscillator 16 which is connected upstream of the two RF transmitters 13, 14, ensures the simultaneous operation of both RF transmitters 13, 14.
  • An RF transmitter 13 is connected directly to the output of the reference oscillator 16, while in the connecting line between the reference oscillator 16 and the other RF transmitter 14, a phase shifter 17 is arranged. It may be expedient to connect a separate phase shifter 17 upstream of each RF transmitter 13, 14.
  • the phase shifter 17 is controlled by a comparator 18.
  • the comparator 18 contains a setpoint input 19, at which a phase setpoint can be specified.
  • the comparator also contains an actual value input 20.
  • the actual value input 20 of the comparator 18 is connected to a phase comparison device 21, which measures the phase differences that occur between the currents in the feed current lines 22, 23.
  • the phase comparison device 21, the comparator 18, the Phase rotator 17 and the RF transmitter 14 are connected as a control loop.
  • the phase comparison device 21 measures the phase difference of the currents in the feed current lines 22, 23.
  • the measured value (actual value) is compared in the comparator 18 with a predefinable phase setpoint.
  • the comparator 18 controls the phase rotating element 17 in such a way that a deviation between the actual value and the desired value is compensated for.
  • each dipole subgroup is fed via its own RF transmitter.

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine HF-Sendevorrichtung mit Kurzwellendipolgruppen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In dem Aufsatz "Rundfunk-Sendeantennen im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich" von Fritz Behne in der Funkschau, Heft 26-1975, Seiten 44 bis 47, wurden Kurzwellenantennen beschrieben, die aus einer Vielzahl von in einer Ebene übereinander und nebeneinander angeordneter Einzeldipole aufgebaut sind. Die gesamte Senderenergie wird zum Fußpunkt der Antenne geführt. Dort wird die Leistung auf einzelne Gruppen der Antennen, die sogenannten bays, aufgeteilt. Die Hauptstrahlrichtung derartiger Kurzwellen-Vorhangantennen kann in azimutaler Richtung dadurch geschwenkt werden, daß benachbarte Dipole bzw. Dipolgruppen mit Strömen unterschiedlicher Phase und gleicher Amplitude gespeist werden. Die dazu erforderliche Veränderung der Speisestromphase wird durch einschaltbare Umwegleitungen oder motorgetriebene Posaunen-Leitungen stufenweise oder kontinuierlich bewirkt.
    Die hierfür erforderlichen Schalteinrichtungen, die Umwegleitungen bzw. die Posaunen-Leitungen sind relativ aufwendige Bauteile. Die Abstrahlleistung der Antenne ist begrenzt und hängt von der maximal möglichen Leistung des Hochfrequenzsenders (HF-Sender) ab.
  • Aus dem Patent Abstract of Japan, Band 4, Nr. 56,25; April 1980 (E8-538); JP-A-5526708 (Nippon, Denshin Denwa Kosha) 26.02.1980 ist eine Sendevorrichtung bekannt, die eine Vielzahl von Antennen aufweist. Jeder Antenne ist die Reihenschaltung aus einem Oszillator, einem Modulator und einem Filter vorgeschaltet. Jeder Oszillator ist über einen Phasenschieber an einen Standardoszillator angeschlossen. Die Phasenschieber dienen zur Korrektur von Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Oszillatoren.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Kurzwellen-Dipolgruppen der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen eine Erhöhung der Sendeleistung bei Verwendung üblicher HF-Sender erzielbar ist, und bei der auf die Schalteinrichtungen, die Umwegleitungen bzw. Posaunen-Leitungen, die der Veränderung der Speisestromphase dienen, verzichtet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Um die Sender zu synchronisieren, werden sie zweckmäßigerweise durch einen gemeinsamen Referenzoszillator gesteuert. Es werden zur Einstellung der unterschiedlichen Phasenlagen vorzugsweise Phasendrehglieder verwendet. Hierbei handelt es sich um elektronische Bauteile, die entsprechend eines vorgebbaren Sollwertes die Phasenlage des Referenzoszillator-Signals drehen. Werden n HF-Sender mit unterschiedlicher Phasenlage betrieben, so sind wenigstens n-1-Phasendrehglieder einzusetzen.
  • Einer Weiterbildung der Erfindung zufolge, wird die Phasendifferenz anhand eines Regelkreises aufrechterhalten. Durch eine Phasenvergleichseinrichtung wird die Phasenabweichung zwischen zwei Speisestromleitungen der Dipolgruppen gemessen. Dieser Phasen-Istwert wird in einem Komparator mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen. Liegt eine Abweichung zwischen Soll- und Istwert vor, so beeinflußt der Komparator das Phasendrehglied derart, daß der Phasenfehler ausgeglichen wird.
  • Die Befehlseingabe (Sollwertvorgabe) für die Steuerung der Phasendrehglieder übernimmt in vorteilhafter Weise ein Prozeßrechner. Dem Prozeßrechner werden die unterschiedlichen Abstrahlwinkel (entsprechend den Sendezielgebieten), die im Ablauf eines Tages eingestellt werden, vorgegeben. Der Prozeßrechner berechnet zu jedem Zeitpunkt die für die Abstrahlwinkel erforderlichen Sollphasendifferenzen der einzelnen Dipolteilgruppen und gibt entsprechend Steuerbefehle an die Komparatoren ab.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die der Antenne zugeführte Trägerleistung erheblich gesteigert werden, ohne daß standardisierte Baugruppen des Systems (z.B. Energieleitungen, HF-Sender) modifiziert werden müssen, da nunmehr anstelle nur eines HF-Senders mehrere HF-Sender die Antenne speisen. Die Schwenkung der Hauptkeule ist kontinuierlich in weiteren Winkelbereichen, z.B. plus/minus 0 und plus/minuns 30° einstellbar. Sie wird durch einen Phasenvergleich der (am Fußpunkt der Teilgruppen ausgekoppelten) vorlaufenden Welle eingestellt. Die Phaseneinstellung erfolgt bei niedrigem Leistungspegel, da das Phasendrehglied jeweils vor dem HF-Sender angeordnet ist. Die mechanisch aufwendigen Umwegleitungen bzw. Posaunen-Leitungen können entfallen und die Umschaltzeiten können wesentlich verkürzt werden. Die Phaseneinstellung ist ferner eine elektronischen Regelung und einer Steuerung durch einen elektronische Datenverarbeitungsanlage zugänglich.
  • Anhand der einzigen Figur soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.
  • Die schematisch angedeutete Kurzwellen-Dipolgruppe (Kurzwellen-Vorhangantenne) besteht aus zwei Dipolteilgruppen 10, 11, die aus jeweils zwei Dipolen aufgebaut sind. Die beiden Dipole einer Dipolteilgruppe 10,11 sind jeweils über eine Verzweigung 12 parallelgeschaltet. Jede der beiden Dipolteilgruppen 10,11 wird durch einen eigenen, zugehörigen HF-Sender 13, 14 gespeist. Die beiden HF-Sender 13,14 werden mit demselben Informationssignal eines Niederfrequenzsignalgebers 15 angesteuert.
  • Ein gemeinsamer Referenzoszillator 16, der beiden HF-Sendern, 13, 14 vorgeschaltet ist, sorgt für den Simultanbetrieb beider HF-Sender 13, 14. Ein HF-Sender 13 ist unmittelbar an den Ausgang des Referenzoszillators 16 angeschlossen, während in der Verbindungsleitung zwischen Referenzoszillator 16 und dem anderen HF-Sender 14 ein Phasendrehglied 17 angeordnet ist. Es kann zweckmäßig sein, jedem HF-Sender 13, 14 ein eigenes Phasendrehglied 17 vorzuschalten.
  • Das Phasendrehglied 17 wird durch einen Komparator 18 gesteuert. Der Komparator 18 enthält einen Sollwerteingang 19, an dem eine Phasensollwertvorgabe vorgenommen werden kann. Ferner enthält der Komparator einen Istwerteingang 20. Der Istwerteingang 20 des Komparators 18 ist mit einer Phasenvergleicheinrichtung 21 verbunden, welche die Phasenunterschiede mißt, die zwischen den Strömen in den Speisestromleitungen 22,23 auftreten. Die Phasenvergleichseinrichtung 21, der Komparator 18, das Phasendrehglied 17 und der HF-Sender 14 sind als Regelkreis geschaltet. Die Phasenvergleichseinrichtung 21 mißt den Phasenunterschied der Ströme in den Speisestromleitungen 22, 23. Der Meßwert (Istwert) wird in dem Komparator 18 mit einem vorgebbaren Phasensollwert verglichen. Der Komparator 18 steuert das Phasendrehglied 17 derart, daß eine Abweichung zwischen Istwert und Sollwert ausgeglichen wird.
  • In der Figur sind lediglich zwei Dipolteilgruppen mit jeweils zwei Dipolen dargestellt. Prinzipiell können jedoch bei Kurzwellen-Dipolgruppen eine Vielzahl von Dipolteilgruppen angeordnet werden, wobei jede Dipolteilgruppe einen bzw. mehrere Dipole enthält. Jede Dipolteilgruppe wird dabei über einen eigenen HF-Sender gespeist. Zur Einstellung der Phasenlage ist jedem der HF-Sender ein Phasendrehglied vorgeschaltet. Lediglich bei einem der HF-Sender kann auf das Phasendrehglied verzichtet werden (Phasenlage = null).

Claims (4)

  1. HF-Sendevorrichtung mit einer Kurzwellendipolgruppe, die n ≧2 Dipolteilgruppen (10, 11) aufweist, welche zur Schwenkung der Hauptstrahlrichtung mit Strömen unterschiedlicher Phase und gleicher Amplitude gespeist werden, wobei jede Dipolteilgruppe (10, 11) der Kurzwellendipolgruppe durch einen eigenen HF-Sender (13, 14) simultan und bei unterschiedlicher Trägerphasenlage gespeist wird, und wenigstens n-1 der HF-Sender (13, 14) ein Phasendrehglied (17) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Phasenvergleichseinrichtung (21) zur Messung der Speiseströme der Dipolteilgruppen (10, 11) vorgesehen ist, und daß die unterschiedliche Phasenlage der Speiseströme durch einen Phasenregler, der die Phasendrehglieder steuert, aufrechterhalten wird.
  2. HF-Sendevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle HF-Sender (13,14) durch einen gemeinsamen Referenzoszillator (16) gesteuert werden.
  3. HF-Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Phasenvergleichseinrichtung (21) mit dem Istwerteingang (20) eines das Phasendrehglied (17) steuernden Komparators (18) verbunden ist, der den Istwert mit einem vorgebbaren Phasensollwert vergleicht.
  4. HF-Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendrehglieder (17) durch einen Prozeßrechner gesteuert werden.
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