NO342068B1 - Arrangement for å bestemme operasjonskarakteristikken til en høyfrekvent kraftforsterker - Google Patents

Abstract

For å bestemme driftsparametere for en høyfrekvent kraftforsterker (1) (for eksempel kompleks lede- og returspenning eller -effekt, kompleks belastningsimpedans, refleksjon eller standbølgespenningsforhold) på forbindelseslinjen (3) mellom utgangen fra den høyfrekvente kraftforsterkeren (1) og en kompleks belastning, spesielt en antenne (4), blir en analogt målt spenning Uu som er proporsjonal med den komplekse spenningen på forbindelseslinjen, og en analogt målt spenning Ui som er proporsjonal med den komplekse strømmen på linjen (3), bestemt ved hjelp av en Buschbeck-koblingsanordning. Disse målte spenningene blir digitalisert, og de nødvendige driftsparameterne kan så beregnes i en beregningsenhet (7) ut fra disse digitale verdiene.

Description

Oppfinnelsen vedrører et arrangement omfattende en høyfrekvent kraftforsterker, en kompleks belastning, en forbindelseslinje, en koblingsanordning, flere analog/digitalomformere og en beregningsenhet, idet arrangementet er egnet for bestemmelse av driftsparametere for den høyfrekvente kraftforsterkeren.

Ved drift av høyfrekvente kraftforsterkere som for eksempel krafttransistorutgangstrinn i kortbølgesendere med variabel frekvens, er det nødvendig å bestemme og overvåke forskjellige driftsparametere, spesielt tilpasningen av belastningen og effekten. Forskjellige analoge arrangementer for dette formål i henhold til ingressen i krav 1, er kjent fra henholdsvis DE 2710 752 A1 og DE 3918159 A1. De har til felles det faktum at for å bestemme driftsparameteren på forbindelsesledningen mellom kraftforsterkeren og antennen blir det brukt retningskoblere, og beregningen av de nødvendige driftsparameterne fra den analoge lede- og respektive returspenningen som er tilveiebrakt ved hjelp av retningskobleren som er proporsjonal med henholdsvis forover- og returbølgen på forbindelsesledningen, blir implementert på analog måte ved hjelp av tilsvarende komplekse analoge kretser.

US 6,326,929 B1 omhandler en metode og en anordning for måling av antenneimpedans. Anordningen omfatter en strøm/spennings-transformator som er koblet, ved sin primærvikling, mellom en tilpasningsanordning for en antenne og utgangen av en forsterker for tilførselen eller antennen, en første og en andre digital basisbåndfrekvensomstillingsanordning henholdsvis koblet til forsterkerens utgang og til transformatorens sekundærvikling, og en beregningsanordning for beregning av impedansen til antennen fra signaler som er gitt av den første frekvensomstillingsanordningen og den andre frekvensomstillingsanordningen.

US 2003/0111997 A1 vedrører en koblingskrets for prøvetaking eller sampling av en utgangseffekt av et signal fra en utgangseffektkilde. Koblingskretsen omfatter minst ett første samplingselement for sampling av en første del av signalet og minst ett andre samplingselement for sampling av en andre del av signalet. Det første samplingselementet og det andre samplingselementet er separert av et utgangtilpasningsnettverk som er definert av et sett med S-parametere. En prosessor som er koblet til de minst ene første og andre samplingselementer, bestemmer utgangseffekten basert på i det minste den første delen av signalet og den andre delen av signalet. En detektor kan kobles til prosessoren for å måle signalets første og andre del eller utgangseffekten.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et arrangement av denne typen med hvilket denne bestemmelsen av driftsparameterne til en høyfrekvent kraftforsterker blir mulig på en mer nøyaktig og en betydeligere enklere og kostnadsgunstig måte.

Dette formålet blir oppnådd på grunnlag av et arrangement i henhold til de vedføyde patentkrav. Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av det selvstendige patentkrav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er spesifisert i de uselvstendige patentkravene.

I henhold til oppfinnelsen blir det for å oppnå de målte verdiene på forbindelsesledningen mellom kraftforsterkeren og antennen som er nødvendig for å beregne de nødvendige driftsparameterne, brukt en i og for seg kjent koblingsanordning i henhold til Buschbeck (Meinke/Grundlach, Tashenbuch der Hochfrequenztechnik, [Manual of High-Frequency Technology], tredje utgave, sidene 1560-1561), som gir den fordel at uavhengig av posisjonen til dens montering på ledningen, blir det tilveiebrakt målte spenninger som er proporsjonale med den komplekse spenningen eller den respektive komplekse strømmen på ledningen.

Disse komplekse, analogt målte spenningene som blir fremskaffet på denne måten, blir digitalisert i henhold til oppfinnelsen og fra disse digitale verdiene, kan de forskjellige nødvendige driftsparameterne slik som den komplekse lede- og returspenningen, den komplekse lede- og retureffekten, den komplekse belastningsimpedansen til antennen, refleksjonsfaktoren og standbølgespenningsforholdet på forbindelsesledningen mellom utgangen fra den høyfrekvente kraftforsterkeren og antennen, som generelt er utformet som en koaksialledning, så beregnes i en beregningsenhet ved bruk av egnede kjente algoritmer.

Med arrangementet i henhold til oppfinnelsen kan ikke bare de ovennevnte driftsparameterne for en høyfrekvent kraftforsterker som nevnt ovenfor som et eksempel, bestemmes, men andre beregninger som er nyttige for driften av kraftforsterkeren kan også implementeres ved bruk av egnede kjente algoritmer med de digitale verdiene som blir gjort tilgjengelige for beregningsenheten. De digitaliserte målte spenningene som er proporsjonale med den komplekse spenningen på ledningen, kan demoduleres digitalt ved hjelp av en kjent algoritme, og i virkeligheten i henhold til demodulasjonsmåten som svarer til moderasjonsmåten for genereringen av høyfrekvenssignalet som forsterkes via kraftforsterkeren, for eksempel amplitudemodulasjon, frekvensmodulasjon eller fasemodulasjon eller en hvilken som helst annen høyverditype av modulasjon som er nødvendig.

Nyttesignalet ved utgangen fra kraftforsterkeren som er digitalt demodulert på denne måten, kan så mates tilbake til inngangen på radiosystemet for kvalitativ evaluering av utgangssignalet og gjøres hørbart der, for eksempel ved hjelp av en overvåkningshøytaler. På den måten kan et såkalt sidetonesignal genereres ved hjelp av hvilket talekomforten i for eksempel et kortbølgetelefonradiosystem kan overvåkes og forbedres. Denne muligheten for tilbakekobling av egen tale er overlegen i forhold til den tidligere brukte, direkte tilbakekoblingen etter mikrofonforsterkeren til en overvåkningshøytaler, fordi alle trinnene i radiosystemet som innbefatter utgangsforsterkeren, også blir evaluert. Denne muligheten for demodulering av nyttesignalet direkte ved sokkelen til antennen, kan også med fordel brukes til overvåkning i CW-modus eller henholdsvis ved overføring av digitale signaler.

En annen mulighet er å bestemme, fra de digitale verdiene som leveres til beregningsenheten og som svarer til den komplekse ledespenningen, forvrengningene av utgangstrinnet forårsaket av ikke-linearitet. Nyttesignalet som leveres til kraftforsterkeren, kan følgelig forhåndsforvrenges før forsterkning på kjent måte i den motsatte retningen av forvrengningen, slik at forvrengningene i kraftforsterkeren blir kompensert. Denne bestemmelsen av forvrengningen i utgangstrinnet kan også overvåkes kontinuerlig under drift slik at for eksempel selv med endring av belastningen, blir forbindelsen til en annen antenne eller i tilfelle av en frekvensendring, systemet automatisk linearisert via en tilsvarende endring av forhåndsforvrengningen.

En hvilken som helst konvensjonell signalprosessor eller for spesielle formål, en såkalt feltprogrammerbar portgruppe (FPGA), ved hjelp av hvilken de ovenfor beskrevne digitale beregningen kan gjøres til lav pris, for eksempel i henhold til den såkalte Cordic-algoritmen, er egnet som beregningsenhet.

Oppfinnelsen blir forklart mer detaljert nedenfor på grunnlag av utførelseseksempler under henvisning til en skjematisk tegning og eksempler på beregningsformler (1) til (7). Tegningene er som følger:

Figur 1 viser et skissert kretsskjema for et kortbølgekraftutgangstrinn med ytterligere forbedringer i henhold til oppfinnelsen.

Figur 1 viser en skisse av kretsskjemaet over et kortbølgekraftutgangstrinn med en høyfrekvent kraftforsterker 1, til hvilken nyttesignalet som skal forsterkes, blir levert fra en styre- og modulasjonsanordning 2. Utgangen fra kraftforsterkeren 1 forsyner en antenne 4 via en koaksial tilkoblingslinje 3. Ved en vilkårlig posisjon på denne forbindelseslinjen 3 blir den ytre lederen brutt, og via en kapasitiv spenningsdeler 5 koblet direkte til den indre lederen i koaksialledingen 3, slik at en målt spenning Uu<som er proporsjonal med den komplekse spenningen blir oppnådd i henhold til>Buchbeck. Dette blir digitalisert i en analog/digital-omformer 6 og levert til en beregningsenhet 7. Ved hjelp av en strømomformer 8 koblet til den indre lederen i koaksialledningen 3, blir det fremskaffet en målt spenning Uisvarende til den<komplekse strømmen på ledningen ved en resistor. Den analogt målte spenningen>–Uiblir levert via en analog/digital-omformer 9, og den målte verdien Uiblir levert via en analog/digital-omformer 10 til beregningsenheten 7. Siden de to spenningsverdiene Uiog -Uisom er fremskaffet, er anbrakt perpendikulært i forhold til hverandre, er bare en enkelt anlaog/digital-omformer 9 eller 10 eventuelt også brukbar, og den tilsvarende andre verdien kan så beregnes direkte i beregningsenheten 7, slik at en analog/digital-omformer kan spares. Beregningsanordningen 7 er for eksempel en FPGA.

I henhold til kjente formler i linjeteori, som for eksempel beskrevet i læreboken av Meinke/Grundlach, Tashenbuch der Hochfrequenztechnik, kan et uhyre mangfoldig område av driftsparameteret for kraftforsterkeren 1 bestemmes i bergegningsenheten 7 ut fra de digitaliserte spenningene Uuog henholdsvis Ui, som er proporsjonale med<de komplekse spenningene eller henholdsvis strømmen på linjen, og hvor fase->informasjonen om den komplekse spenningen eller henholdsvis strømmen også forblir bevart etter digitaliseringen. Proporsjonaliteten mellom spenningene Uaog Ui<og de komplekse verdiene og blir tatt i betraktning i hvert tilfelle ved hjelp av>proporsjonalitetsfaktorene k og henholdsvis m, som blir bestemt enten empirisk ved hjelp av måling eller ved simulering.

Den komplekse ledespenningen i henhold til ligning (1) eller henholdsvis den komplekse returspenningen i henhold til ligning (2), eller henholdsvis ledeeffekten i henhold til ligning (3) eller retureffekt i henhold til ligning (4), kan for eksempel beregnes ut fra de digitaliserte spenningsverdiene Uuog Ui. En annen mulighet er å<beregne den komplekse belastningsimpedansen fra disse spenningene i henhold>til ligning (5). Med denne kjente komplekse belastningsimpedansen, for eksempel ved adaptiv innsetting av 50 ohms linjepartier av forskjellige lengder mellom kraftforsterkeren 1 og antennen 4, kan for eksempel effektforbruket, intermodulasjonsog/eller den harmoniske avstanden forbedres siden den komplekse tilpasningen kan optimaliseres ved hjelp av de innskutte linjepartiene på en slik måte at kraftforsterkeren blir drevet innenfor et optimalt tilpasningsområde. På denne måten kan for eksempel en lavpassegenskap genereres og opereres innenfor et kapasitivt område slik at den harmoniske avstanden blir forbedret. Forsterkningen kan også optimaliseres på en slik måte at kraftforsterkeren kan tilpasses bedre til sine spredningsparametere. Effektiviteten til kraftforsterkeren kan følgelig optimaliseres via beregningen av den komplekse belastningsimpedansen.

<I henhold til ligning (6) kan den komplekse refleksjonsfaktoren>

ligning (7), standbølgespenningsforholdet s (VSWR) for eksemp

fra de digitaliserte spenningsverdiene. r<, eller i henhold til>el også beregnes ut

Claims (10)

P A T E N T K R A V

1. Arrangement med en høyfrekvent kraftforsterker (1), en kompleks belastning (4), en forbindelseslinje (3) som forbinder den komplekse belastningen (4) med den høyfrekvente kraftforsterkeren (1), en koblingsanordning (5, 8) som uavhengig av posisjon er anordnet på forbindelseslinjen (3), flere analog/digitalomformere (6, 9, 10) og en beregningsenhet (7) som er forbundet med analog/digital-omformerne (6, 9, 10), for bestemmelse av driftsparametere for den høyfrekvente kraftforsterkeren (1) ved stedet på forbindelseslinjen (3) mellom utgangen fra den høyfrekvente kraftforsterkeren (1) og den komplekse belastningen (4),

hvor arrangementet er utformet på en slik måte at en første analogt målt

<spenning (Uu) som er proporsjonal med den komplekse spenningen på>forbindelseslinjen (3), og en andre analogt målt spenning Uisom er propor-<sjonal med den komplekse strømmen på linjen (3), bestemmes ved hjelp av>koblingsanordningen (5, 8), idet disse målte spenningene blir digitalisert til digitale verdier ved hjelp av analog/digital-omformere (6, 9, 10), og de nødvendige driftsparameterne blir beregnet i beregningsenheten (7) ut fra disse digitale verdiene ved hjelp av et program på beregningsenheten (7), og hvor ved en vilkårlig posisjon blir en ytre leder for forbindelseslinjen (3) som er utformet som en koaksialledning, brutt, og via en spenningsdeler (5) i koblingsanordningen (5, 8), som er direkte koblet til en indre leder for forbindelseslinjen (3) og som består av to i serie arrangerte kondensatorer, blir en første målt

<spenning (Uu) som er proporsjonal den komplekse spenningen , oppnådd og>levert til en første analog/digital-omformer (6), og

hvor ved hjelp av en strømomformer (8) i koblingsanordningen (5, 8), som er koblet til den indre lederen, blir en andre målt spenning (-Ui) svarende til den<komplekse strømmen ved en resistor, fremskaffet og levert til en andre>analog/digital-omformer (9), og en tredje målt spenning (<+>Ui) blir fremskaffet og levert til en tredje analog/digital-omformer (10).

2. Arrangement ifølge krav 1, hvor en kompleks lede- og/eller returspenning blir beregnet i beregningsenheten (7) ut fra de digitalt målte spenningene.

3. Arrangement ifølge krav 1 eller 2, hvor en kompleks lede- og/eller retureffekt blir beregnet i beregningsenheten (7) ut fra de digitale målte spenningene.

4. Arrangement ifølge et av de foregående krav, hvor en kompleks impedans til belastningen (4) blir beregnet i beregningsenheten (7) fra de digitale målte spenningene.

5. Arrangement ifølge et av de foregående krav, hvor en kompleks refleksjonsfaktor blir beregnet i beregningsenheten (7) ut fra de digitale målte spenningene.

6. Arrangement ifølge et av de foregående krav, hvor et standbølgespenningsforhold blir beregnet i beregningsenheten (7) ut fra de digitale målte spenningene.

7. Arrangement ifølge et av de foregående krav, hvor fra den digitale målte

<spenningen som er proporsjonal med den komplekse spenningen på>forbindelseslinjen (3), blir det høyfrekvente signalet digitalt demodulert i beregningsenheten (7) i henhold til modulasjonsmåten som er brukt ved generering av det høyfrekvente signalet som er forsterket via kraftforsterkeren (1).

8. Arrangement ifølge et av de foregående krav, hvor fra de digitale målte spenningene blir en kompleks ledespenning bestemt, og fra dette blir en forvrengning i kraftforsterkeren (1) bestemt i beregningsenheten (7) i henhold til kjente algoritmer.

9. Arrangement ifølge krav 8, hvor fra den bestemte forvrengningen blir en tilsvarende forhåndsforvrengning for høyfrekvenssignalet som skal forsterkes, beregnet på kjent måte.

10. Arrangement ifølge et av kravene 1 til 9, hvor koblingsanordningen (5, 8) er en kobler i henhold til Buschbeck.