SE506168C2 - Sätt och anordning för mätning av reflektionsförlusten hos en radiofrekvent signal - Google Patents

Description

20 25 30 35 soe 168 2 I syfte att avkänna de framàtriktade och reflekterade signaler- na Sf och Sr är en mätanordning 10 ansluten till matarkretsen F. Anordningen 10 innefattar en riktningskopplare DC med utgående grenar ll, 12. I den första grenen 11 alstras en signal S1 svarande mot eller härledd från en framåtriktad signal Sf i matarkretsen F, vilken betecknas "härledd framåt- riktad signal" i denna beskrivning.

I den andra grenen 12 alstras en signal S2 svarande mot eller härledd från den reflekterade signalen Sr i matarkretsen F.

Signalen S2 betecknas här “härledd reflekterad signal".

I den första grenen 11 finns en frameffektavkänningskrets 101 för avkänning av effekten Pl (RMS-effekt, Route Mean Square) hos den härledda framàtriktade signalen S1. På motsvarande sätt finns i den andra grenen 12 en reflexeffektavkänningskrets 102 för avkänning av effekten P2 hos den härledda reflekterade signalen S2.

De båda effekterna Pl och P2 mätes i en logaritmisk skala i dBm. Genom att subtrahera en logaritmisk effekt från den andra erhålles därför ett mått pà den relativa storleken på eller kvoten av de absoluta effektnivàerna, betecknad "reflektions- förlust" (“return loss") RL: P2/Pl Pl(dBm) RL = RL(dB) = - P2(dBm) Eftersom kvoten P2/Pl av effektnivåerna för de härledda signa- lerna vid mätkretsens utgång är lika med kvoten mellan íneffektnivåerna hos de reflekterade och framåtriktade signa- lerna Sr och Sf, utgör det uppmätta reflektionsförlustvärdet RL gett relevant mått på de relativa effektnivåerna i den matar- krets F som övervakas.

I många system, såsom vid GSM- och PCS-system som användes ofta i dag, varierar emellertid sändareffektnivàn avsevärt. Följakt- ligen kommer det dynamiska område AP2 som krävs för avkänning BNSDOCID; 10 15 20 25 30 35 3 = sne ass värden: A22 = Pzm - Pzm (as) där Pzm Plm - Amin (ds) Pzm Plm - ARLW (as) Således AP2 = Plmm - Plmfl + ARLWÜ - ARlhm (dB) AP2 APl + ARL og¿¿fi De avkända områdena för Pl och RL adderas sålunda. Normalt är API av storleksordningen 30 dB, medan ARL kan vara 20 dB. Det totala dynamiska område, som krävs för avkänning av den f terade effekten, kan följaktligen vara 50 dB eller ännufstfirre.

Det är mycket svårt att bemästra ett så stort dynamiskt*pmrådet för reflexeffektavkänningskretsen 102 i figur 1. I praktikàh löses detta problem genom uppdelning av grenen 12 i ett antal separata delgrenar (ej visade), som var och en har sin eggp_ förstärkning och tillhörande detektorkretsar. En sådan Lösning är naturligtvis tämligen komplicerad och dyrbar. 'Im fiammanfattning av uppfinningen ~~W Huvudsyftet med föreliggande uppfinning är att åstadkommafigtt sätt och en anordning för mätning av reflektionsförlustenfiinom ett stort effektomráde på ett mycket enklare och billigare' sätt, utan krav på kretsar med detektorer som har extremtggtort dynamiskt omfång. äng; Ytterligare syften är att ástadkoma mycket enkla avkänni i kretsar med ett litet antal billiga komponenter, att minšgèra temperaturdrift och att åstadkomma en pålitlig mätanordning med lång livslängd. V' A l . _..§ I' -w-:e Det angivna huvudsyftet uppnås genom att avkänningsområdet för de effektniváer, som skall avkännas i mätkretsens ena grflåši normalt i grenen för avkänning av reflekterad effekt, jušågras i beroende av den avkända effektnivån i den andra grenen,- sNsnoclo: . 10 15 20 25 30 35 506 168 4 normalt i beroende av den avkända framätriktade effektnivàn, varigenom det dynamiska omfång, som krävs för effektavkänning, kan reduceras avsevärt. Ytterligare särdrag hos en dylik metod anges i kraven 2-4.

En mätanordning enligt uppfinningen kännetecknas av att effekt- avkänningskretsen i den ena grenen är ansluten till ett organ, exempelvis en styrbar dämpare, för justering av avkännings- omrádet för effektnivàer som skall avkännas i effektavkännings- kretsen i den andra grenen. Ytterligare fördelaktiga särdrag anges i kraven 6-16.

Kort beskrivning av ritninoarna Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar som àskàdliggör en tidigare känd anordning, som diskuterats ovan, och olika utföringsformer av en mätanord- ning enligt uppfinningen.

Figur l visar schematiskt en tidigare känd anordning för mätning av reflektionsförlusten hos en radiofrekvent signal vid en matarkrets mellan en sändare och en antenn, sàsom diskute- IâtlS OVaII; Figur 2 visar schematiskt två grenar hos en mätanordning enligt uppfinningen; Figur 3 visar en föredragen utföringsform av den ena av de i figur 2 schematiskt visade grenarna; Figur 4 visar en första utföringsform av en komplett mätanord- ning enligt uppfinningen; Figur 5 visar en andra utföringsform av en komplett mätanord- ning enligt uppfinningen; och Figur 6 visar en tredje utföringsform av en komplett mätanord- ning enligt uppfinningen.

BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 s i' 1506 ï=68 Detaljerad beskrivning av föredragna utförinasformer ïgaa Uppfinningen avser en förbättring av den kända metod ocH¶ anordning som àskàdliggöres i figur 1, vilken förbättrin§§' hänför sig till det dynamiska omfáng som krävs för effzf avkänningskretsarna 101, 102, som ingár i mätanordningen: Q.

Sásom visas schematiskt i figur 2 innebär förbättringenšeå växelverkan mellan de báda utgàende grenarna 11, 12 hosiššl riktningskopplare DC (figur 1), varigenom avkänningsomrääèt i den ena grenen, nämligen grenen 12 för avkänning av re§¿¥L: effekt, kan justeras i beroende av effektniván som avkäflšéš'i den andra grenen, nämligen grenen ll för avkänning avzf S riktad effekt. För detta ändamål är frameffektavkänning 101 ansluten till ett justeringsorgan i form av en styr dämpare 13, vars utgáng är ansluten till reflexeffekt- avkänningskretsen 102.

Pà utgången 14, som är ansluten till den styrbara dämparénÉl3, kommer frameffektavkänningskretsen 101 att avge en styrí m Vc som en funktion av den avkända framátriktade effektäni (jämför figur 1). med ökande frameffektnivaer P1 ökas styrspänningen Vc, och hela omfånget av reflexeffektnivášri som kan avkännas mätas i reflexeffektavkänningskretsen 102,_fâr- skjutes därigenom till högre värden, exempelvis till ett ñàràde mellan 5 och 40 dBm, i det ovan diskuterade exemplet. Då andra sidan en lág framätriktad effekt avkännes blir sï _¿_ ningen Vc lägre, och omfànget för reflexeffektnivàer försåâutes till lägre värden, exempelvis mellan -10 och 25 dBm. T Erw%are omfángets förskjutning med 15 dB kommer följaktligen det " erfordrade dynamiska omfånget att minskas fràn 50 dB ti förskjutas till att exakt följa den framátriktade effektenë samma värde som ARL, nämligen 20 dB i det ovan givna -'_¿f t.

Den kontrollerade omfàngsreduktionen kan tillämpas praktíäit pà olika sätt av fackmannen. I princip är det möjligt attïañâânda direkt öppen styrning, sásom antydes schematiskt i figur " allmänhet är det emellertid fördelaktigt att använda en då r- BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 sne 168 6 kopplingsslinga i varje gren 11, 12 eller åtminstone i den gren 12, där effektomfänget skall reduceras. Figur 3 visar ett exempel där effektavkänningskretsen (102 i figur 2) omfattar en dioddetektor 15, i synnerhet en Schottky-detektor, för avkänning av effektnivån (dylika detektorer med ett dynamiskt omfång på ca 30 dB är kommersiellt tillgängliga), en förstärka- re 16 och en differentialförstärkare eller komparator 17. Den senares inverterande ingång är ansluten till förstärkaren 16, medan den icke inverterande referensingången är ansluten till styranslutningen 14, på vilken styrspänningen Vc pàlägges från den andra grenen. Komparatorns 17 utgång är återkopplad till den styrbara dämparen 13, varigenom kretsen stabiliseras i beroende av styrspänningen Vc. Då styrspänningen Vc förändras, kommer detektorns vilopunkt att förflyttas utmed diodkurvan, normalt med en utspänning varierande mellan 1 mV och 1 V över ett omfång på 30 dB. Den undre känslighetsgränsen eller käns- lighetsgolvet ökas med ungefär 3 dB för varje dubblering av styrspänningen.

Nedan följer en kort beskrivning av de tre fullständiga utföringsformer av mätanordningen enligt uppfinningen som visas i figur 4-6.

I den första utföringsformen enligt figur 4 är de båda utgångs- grenarna 11, 12 fràn riktningskopplaren DC (jämför figur 1) uppbyggda på samma sätt som den återkopplade konfigurationen i figur 3 med en spänningstyrd dämpare (VVA} 13 respektive 23, en dioddetektor 15 respektive 25, företrädesvis en icke förspänd detektor (zero bias), en förstärkare 16 respektive 26 samt en komparator 17 respektive 27. Komparatorns 27 referensingång 24 är ansluten till en referensspänningskälla 28, medan kompara- torns 27 analoga utgàng 29 ger en spänning som motsvarar den framàtriktade effekten Pl. Utgàngen 29 är ansluten till kompa- ratorns 17 referensingàng 14 (i reflexeffektavkänningskretsen i grenen 12) via en lin/log-omvandlare 30. Således kommer det av den spänningsstyrda dämparen 13 givna effektområdet att för- skjutas i beroende av utspänningen 29 som svarar mot den avkända framåtriktade effekten. Reflektionsförlusten RL er- BNSDOCIDI 10 15 20 25 30 35 BNSDOCID: wm--y hálles som en analog utsignal från en subtraktionskrets ansluten till komparatorernas utgångar 29 och 18.

Den i figur 5 visade mätanordningen är väsentligen likadšš men försedd med en digital utgångskrets. Komparatorernas l7ï och 27 utgångar 18 och 29 är anslutna till en digital styrkrets?3É för bearbetning av utgángsvärdena svarande mot de avkända epwnw nivåerna. Sålunda beräknas reflektionsförlustvärdet i ëfií het med det ovan diskuterade exemplet och avges på utgången _' kretsen 33 tillsammans med effektvärden P1 och P2, som rê§re- senterar den framàtriktade respektive den reflekterade-eÉšek- t. Sn . V 1 medelst en förbindning mellan den digitala styrkretsen-? och komparatorns 17 styringång 14 via en D/A-omvandlare 32.

En tredje utföringsform, som visas i figur 6, utgörs av'f väsentliga skillnader. För det första àterkopplas i grenànall för avkänning av framåtriktad effekt komparatorns utgång 3 de spänningsstyrda dämparna 23 och 13 i båda grenarna ll :l2, varigenom den dynamiska omfàngsjusteringen erhålles genom? n direkt förbindning 14. På utgångssidan utgörs för det áfi_ a komparatorn 17' i grenen 12 för avkänning av reflekteradäâšfekt av en logaritmisk anordning, som på sin analoga utgång dišäkt ger en spänning motsvarande det önskade reflektionsförEüs¿h värdet RL (dB). Ingångarna till den logaritmiska komparatšrn 17' är anslutna direkt till respektive förstärkare 16, 26e n... ~_'....~I.a-3.-.l..

De visade utföringsformerna, i synnerhet den tredje utförfifigs- totalkostnad.

Claims (6)

1. 0 15 20 25 30 35 sne 168 8 PATENTKRAV 1. Sätt att mäta reflektionsförlusten hos en radiofrekvent signal vid en matarkrets (F) ansluten till en last (A), varvid den framàtriktade effekten och den reflekterade effekten avkännes medelst en mätkrets (10) med första och andra grenar ll, 12 för överföring av en härledd framätriktad signal (S1) respektive en härledd reflekterad signal (S2), och reflektions- förlusten (RL) beräknas pà grundval av de avkända effektnivà- erna (Pl, P2) hos nämnda härledda signaler i nämnda första och andra grenar, k ä n n e t e c k n a t a v att avkännings- området för effektnivàerna (P2), som skall avkännas i den ena grenen (12), justeras i beroende av den avkända effektnivän (P1) i den andra grenen (11), varigenom det dynamiska omfàng som krävs för effektavkänning i nämnda mätkrets (10) reduceras.

2. Sätt enligt krav 1, varvid nämnda avkänningsomràde justeras genom förskjutning av området i sin helhet.

3. Sätt enligt krav 1, varvid nämnda avkänningsomràde justeras i nämnda andra gren (12) för överföring av härledd reflekterad signal (S2).

4. Sätt enligt nàgot av kraven 1-3, varvid nämnda avkän- ningsomràde justeras till högre effektvärden (P2) hos nämnda härledda reflekterade signal (S2) då den avkända effektnivàn (P1) hos nämnda härledda framátriktade signal (S1) ökas och vice versa.

5. Mätanordning för mätning av reflektionsförlusten hos en radiofrekvent signal vid en matarkrets (F) ansluten till en last (A), omfattande - en riktningskopplare (DC) med första och andra grenar (11, 12) för överföring av en härledd framàtriktad signal (S1) respektive en härledd reflekterad signal (S2), - en frameffektavkänningskrets (101) ingäende i nämnda första gren (11), - en reflexeffektavkänningskrets (102) ingående i nämnda BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 andra gren (12), och .; fil, - organ (3l; 33; 17') för beräkning av reflektionšïššïusten pà grundval av de effektnivàer (Pl, P2) som avkännas i nämnda första och andra grenar (11, 12), »M k ä n n e t e c k n a d a v att effektavkänningskretseàä(101) i den ena grenen (ll) är ansluten till ett organ (13) föfš justering av avkänningsomrádet för de effektnivàer (P2)fiåfimm skall avkännas i effektavkänningskretsen (102) i den andrà grenen (12), varigenom det dynamiska omfång som erfordräïæför effektavkänning i nämnda effektavkänningskrets (102) mingšas.

6. Mätanordning enligt krav 5, varvid vardera effektaäíän- 8. detektor (15'; 25) utgörs av en icke förspänd detektor (åšro bias)_ Ir: 9. Mätanordning enligt nàgot av kraven 5-8, varvid nämnda justeringsorgan utgörs av en styrbar dämpare (13), vars, D är ansluten till nämnda effektavkänningskrets (102). 10. Mätanordning enligt krav 9, varvid åtminstone den ena av nämnda första och andra grenar (11, 12) omfattar en styrfišr aälnpare (12, 23) Qch en detektor <1s-,- 25). 11. Mätanordníng enligt nagot av kraven 5-10, varvid àtminstone den ena av nämnda första och andra grenar amf, en àterkopplingsslinga. 12. Mätanordning enligt krav ll, varvid nämnda àterkófip, lingsslinga omfattar en differentialförstärkare (17, 27; §3', 27|)_ l 13. Mätanordning enligt krav 12, varvid en referensingáng aNsDocnD; 'jjwn¿ sne 1eà 10 (14) till nämnda differentialförstärkare i den ena grenen (12) är ansluten till effektavkänningskretsen (25, 26, 27) i den andra grenen (11). 5 14. Mätanordning enligt krav 13, varvid nämnda referensingàng (14) är ansluten till en analog utgàng (29) hos nämnda effekt- avkänningskrets (25, 26, 27) i den andra grenen (11). 15. Mätanordning enligt krav 13, varvid nämnda referensingång 10 (14) är ansluten till en digital styrkrets (33). 16. Mätanordning enligt krav 13, varvid nämnda differential- förstärkare (17') utgörs av en logaritmiskt anordning som pà sin utgång direkt ger en spänning motsvarande det önskade 15 reflektionsförlustvärdet (RL). BNSDOCID: