DE2710752A1 - Power regulator for RF communications transmitter - uses directional coupler to automatically reduce transmitter power as mismatch to load increases - Google Patents
Power regulator for RF communications transmitter - uses directional coupler to automatically reduce transmitter power as mismatch to load increasesInfo
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Abstract
Description
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Schaltung zum Regeln der Ausgangsleistung eines Hochfrequenz-Nachrichtensenders Es ist bekannt, bei Hochfrequenz-Nachrichtensendern über eine Regelschaltung die dem Verbraucher, im allgemeinen eine Antenne, zugeführte Ausgangsleistung auf einen vorgegebenen konstanten Wert zu regeln. Hierzu ist zwischen Senderausgang und Verbraucher ein Messrichtkoppler angeordnet, dessen erster Ausgang, der eine der vorlaufenden Leistung proportionale Spannung abgibt, mit der im Sender vorgesehenen Einrichtung zum Einstellen der Senderausgangsleistung über eine übliche Regelschaltung so verknüpft ist, dass die Ausgangsleistung des Senders auf einen vorbestimmten konstanten Wert geregelt wird. Es ist auch bekannt, den bei solchen Messrichtkopplern vorgesehenen zweiten Ausgang, der eine der rücklaufenden Leistung proportionale Spannung abgibt, einem weiteren zusätzlichen Steuerkreis im Sender zuzuordnen, durch den bei grosser Fehlanpassung des komplexen Verbrauchers über die dann auftretende, der rücklaufenden Leistung proportionale Spannung der Sender automatisch abgeschaltet wird. Hierdurch wird eine Uberlastung und damit gegebenenfalls Beschädigung der einzelnen Verstärkerstufen, insbesondere der Endstufe1 verhindert. Beim Betrieb solcher Sender ist oftmals aber auch schon vor Erreichen derartiger extremer Fehlanpassungen des Verbrauchers eine Beschädigung einzelner Verstärkerstufen zu befürchten. Andererseits ist es manchmal auch nötig, trotz grösserer Fehlanpassungen des Verbrauchers noch eine Nachrichtenübertragung durchzuführen, was nur durch Verringerung der Aussteuerung der gerShrdeten Senderstufen möglich ist. Circuit for regulating the output power of a radio frequency news transmitter It is known to use a control circuit in the case of high-frequency news transmitters the consumer, generally an antenna, supplied output power to one to regulate predetermined constant value. This is between the transmitter output and the consumer a directional coupler is arranged, the first output of which, the one of the leading Output proportional voltage with the device provided in the transmitter linked in this way to set the transmitter output power via a conventional control circuit is that the output power of the transmitter is at a predetermined constant value is regulated. It is also known to use the directional couplers of this type second output, which emits a voltage proportional to the returning power, to be assigned to a further additional control circuit in the transmitter, through the larger Mismatching of the complex consumer over the then occurring, the returning Power proportional voltage of the transmitter is switched off automatically. Through this an overload and thus possibly damage to the individual amplifier stages, in particular the output stage 1 prevented. When operating such transmitters, however, is often even before such extreme mismatches of the consumer are reached Risk of damage to individual amplifier stages. Then again, sometimes it is even necessary, despite major mismatches by the consumer to carry out a message transmission, which can only be achieved by reducing the modulation of the damaged transmitter levels is possible.
Bisher musste der Benutzer von Hand über die der Regelschaltung zugeordnete Sollwert-Einstellvorrichtung die Ausgangsleistung des Senders entsprechend drosseln.Previously, the user had to manually switch to the one assigned to the control circuit Setpoint setting device reduce the output power of the transmitter accordingly.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Massnahme aufzuzeigen, mit welcher bei solchen Nachrichtensendern die Ausgangsleistung automatisch entsprechend der Zunahme der Fehlanpassung des Verbrauchers verringert wird.It is the object of the invention to show a simple measure with which with such news channels the output power automatically accordingly the increase in the mismatch of the consumer is reduced.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff dee Hauptanspruches durch die kennzçlchnenden Merkmale diesea Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on a circuit according to the preamble the main claim solved by the characterizing features of this main claim. Advantageous further developments result from the subclaims.
Gemäss der Erfindung wird der bei solchen Nachrichtensendern mit nachgeschaltetem Messrichtkoppler zur Ausgangsleistungsregelung vorgesehene zusätzliche Richtkopplerausgang, an welchem eine der rücklaufenden Leistung und damit der Fehlanpassung des Verbrauchers proportionale Spannung entsteht, zusätzlich zur Regelung der Ausgangsleistung mit ausgenutzt, so dass also eine automatische Reduzierung der Ausgangsleistung mit zunehmender Fehlanpassung des Verbrauchers mit einem Minimum an zusätzlichem Schaltungsaufwand möglich ist. Um hierbei Fehlregelungen durch Einkopplung von Störspannungen, die über den Verbraucher in den Richtkoppler mit eingekoppelt werden können zu vermeiden, ist es vorteilhaft, diesem zweiten Richtkopplerausgang im Sinne der Unteransprüche eine zusätzliche Frequenzselektionseinrichtung zuzuordnen.According to the invention, the is in such news transmitters with a downstream Directional coupler for output power control provided additional directional coupler output, at which one of the declining power and thus the mismatching of the consumer proportional voltage arises, in addition to regulating the output power with exploited, so that an automatic reduction of the output power with increasing mismatching of the consumer with a minimum of additional circuit effort is possible. In order to avoid incorrect regulation by coupling interference voltages that can be coupled into the directional coupler via the consumer to avoid it is advantageous to use this second directional coupler output within the meaning of the dependent claims assign an additional frequency selection device.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings an exemplary embodiment explained in more detail.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines üblichen Hochfrequenz-Nachrichtensenders mit erfindungsgemässer Regelschaltung. Die in einer Steuerstufe 1 aufbereitete und gegebenenfalls modulierte Sende frequenz fs wird über einen meist mehrstufigen Verstärker 2 verstärkt und über einen am Ausgang der Endstufe angeschalteten Messrichtkoppler 3 dem komplexen Verbraucher 4 mit einer vorlaufenden Leistung Pv zugeführt. Der Verbraucher 4 ist im allgemeinen eine Antenne, es kann sich u.U. aber hierbei auch um einen nachgeschalteten, Reflexionen erzeugenden Leistungsverstärker oder dergl.1 shows the basic circuit diagram of a conventional high-frequency message transmitter with control circuit according to the invention. The processed in a tax level 1 and If necessary, modulated transmission frequency fs is transmitted via a mostly multi-stage amplifier 2 is amplified and via a directional coupler connected to the output of the output stage 3 supplied to the complex consumer 4 with a leading power Pv. Of the Consumer 4 is generally an antenna, but it can also be a downstream, reflective power amplifier or the like.
handeln. Am ersten durch die Anschlüsse 5 und 6 gebildeten Ausgang des Richtkopplers 3 entsteht eine der vorlaufenden Leistung Pv proportionale Wechselspannung uv. An dem durch die Anschlüsse 7 und 8 gebildeten zweiten Ausgang des Richtkopplers 3 entsteht eine weitere Wechselspannung ur, die einer bei eventueller Fehlanpassung zwischen Verbraucher 4 und Ausgang des Endvdrstärkers 2 auftretenden rücklaufenden Leistung Pr proportional ist. Diese beiden dervorlaufenden bzw. rücklaufenden Leistung proportionalen Wechselspannungen uv und ur werden nach Gleichrichtung in den Dioden 9 und 10 summiert (Summe uz) und als Regelgrösse zum Einstellen der Ausgangsleistung Pv des Verstärkers 2 benutzt. Hierzu besitzt der Verstärker 2 in bekannter Weise eine Einrichtung zum Einstellen der Senderausgangsleistung, im allgemeinen eine Einrichtung zum Verringern der Aussteuerung der im Sender vorhandenen Leistungsverstärkerstufen. Diese Leistungseinstelleinrichtung wird über einen Regelkreis gesteuert, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Spannungskomparator 11 umfasst, dem einerseits die Regelgrösse u z und andererseits eine der gewünschten Senderausgangsleistung proportionale Referenzspannung u5 zugeführt wird. Bei Abweichungen zwischen u, z und Us wird die Leistungseinstellung im Verstärker 2 entsprechend nachgeregelt.Act. At the first output formed by connections 5 and 6 the directional coupler 3 produces an alternating voltage proportional to the forward power Pv and much more. At the second output of the directional coupler formed by the connections 7 and 8 3 a further alternating voltage ur arises, which one in the event of a mismatch between the consumer 4 and the output of the final amplifier 2 that occurs Power is proportional to Pr. These two of the leading and returning services proportional alternating voltages uv and ur are after rectification in the diodes 9 and 10 summed up (sum uz) and as a controlled variable for setting the output power Pv of amplifier 2 used. The amplifier 2 has this in a known manner means for adjusting the transmitter output power, generally one Device for reducing the modulation of the power amplifier stages present in the transmitter. This power setting device is controlled by a control loop that is included in the embodiment shown comprises a voltage comparator 11, on the one hand the controlled variable u z and, on the other hand, one of the desired transmitter output power proportional reference voltage u5 is supplied. If there are deviations between u, z and Us, the power setting in amplifier 2 is readjusted accordingly.
Leistung Die Summenbildung der der vorlaufenden bzw. rücklaufendenproportionalen gleichgerichteten Spannungen uv und ur erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbelspiel einfach durch die Reihenschaltung der beiden Richtkopplerausgähge. Wenn die der vorlaufenden bzw. rücklaufenden Leistung entsprechenden Signale an den Ausgängen des Richtkopplers als Ströme zur Verfügung stehen, können diese in analoger Weise durch Zwischenschaltung entsprechender Stromsummierschaltungen zu einem proportionalen Summenausgangsstrom summiert werden. Performance The summation of the forward or backward proportional rectified voltages uv and ur takes place in the exemplary embodiment shown simply by connecting the two directional coupler outputs in series. If the the signals at the outputs corresponding to the forward or reverse power of the directional coupler are available as currents, these can be done in an analogous manner by interposing appropriate current summing circuits to form a proportional one Total output current can be summed.
Wenn im Betrieb des Senders der Verbraucher 4 an den Ausgang der Endstufe 2 angepasst ist, ist die rücklaufende Leistung Pr= ° und damit auch die Richtkopplerspannung ur= O, die Regelspannung u z entspricht damit nur der Richtkopplerspannung uv und der Verstärker 2 wird in bekannter Weise auf konstante vorlaufende Leistung Pv geregelt. Wenn Fehlanpassung des Verbrauchers 4 und damit eine Reflexion der Leistung auftritt, wird dem Komparator 11 die Summenspannung uz=uv+ur, also eine grössere Regelspannunglzugeführt, und damit wird automatisch über die Leistungseinstelleinrichtung des Verstärkers 2 die Ausgangsleistung Pv herabgesetzt und damit eine Übersteuerung und Beschädigung der Verstärkerelemente, z.B. Transistoren des Verstärkers 2/trotz Fehlanpassung des Verbrauchers vermieden.If, during operation of the transmitter, the consumer 4 is connected to the output of the output stage 2 is adjusted, the returning power is Pr = ° and thus also the directional coupler voltage ur = O, the control voltage u z thus only corresponds to the directional coupler voltage uv and the amplifier 2 is regulated in a known manner to a constant forward power Pv. If there is a mismatch of the consumer 4 and thus a reflection of the power, the sum voltage uz = uv + ur, i.e. a larger control voltage, is fed to the comparator 11, and this is done automatically via the amplifier's power setting device 2 the output power Pv is reduced and thus an overload and damage of the amplifier elements, e.g. transistors of amplifier 2 / despite mismatch of the consumer avoided.
Die Regelschaltung könnte durch Einkopplungen von benachbarten Sendestationen, Radaranlagen oder dergl. auf die Antenne 4 gestört werden, d.h. neben der auf die Fehlanpassung zurückzuführenden rücklaufenden Leistung im Richtkoppler könnte eine zusätzliche auf diese Störeinkopplungen zurückzufUhrende rücklaufende Leistung auftreten. Wenn solche Störeinstrahlungen ausserhalb des Nutzfrequenzbandes des Senders 1 liegen genügt es, dem Ausgang 7, 8 des Richtkopplers 3 ein entsprechendes Bandpassfilter 12 zuzuordnen, durch welches also nur die im Nutzfrequenzband des Senders liegenden Ausgangsspannungen dieses Richtkopplerausganges zur Regelung ausgenutzt werden. Diese Frequenzselektion kann u.U noch nicht genügen. Es ist dann zweckmässig, eine schärfere Selektion durchzuführen, wie dies im Ausftlhrungsbeispiel nach Fig. 2 dargestellt ist. Der Steuersender 1 besitzt in diesem Fall einen zusätzlichen Ausgang 13, an welchem eine gegenüber der eingestellten Senderfrequenz f5 um eine vorbestimmte Zwischenfrequenz ZF versetzte Steuerfrequenz fu abgreifbar ist. Dies ist bei üblichen Steuersendern, die als dekadisch meist sogar programmierbar abstimmbare Frequenzsynthesizer ausgebildet sind, sehr einfach möglich. Wenn dieser Steuersender 1 Teil einer kombinierten Sende-Empfangs-Anlage ist, so wird im gleichen Gerät sowieso gleichzeitig mit der Sendefrequenz r. die für den Empfänger erforderliche Überla#erungsfrequenz ru erzeugt. Mit der versetzten Steuerfrequenz rü wird eine am Ausgang 8 des Richtkopplers angeschaltete Überlagerungsstufe bestehend aus einer Mischstufe 14 mit nachgeschaltetem schmalbandigen Zwischenfrequenzfilter 15 angesteuert, so dass Jeweils nur der der momentanen Senderfrequenz fs entsprechende Anteil der Spannung u r zur Regelung berücksichtigt wird.The control circuit could be coupled in from neighboring broadcasting stations, Radar systems or the like on the antenna 4 are disturbed, i.e. in addition to the on the Mismatch due to the returning power in the directional coupler could be a additional power that can be traced back to this interference occurs. If such interference is outside the usable frequency band of the transmitter 1 it is sufficient to provide the output 7, 8 of the directional coupler 3 with a corresponding bandpass filter 12 assign by which is only in the usable frequency band of the Transmitter's output voltages of this directional coupler output are used for regulation will. This frequency selection may not be sufficient. It is then appropriate to carry out a sharper selection, as shown in the exemplary embodiment according to Fig. 2 is shown. In this case, the exciter 1 has an additional one Output 13, at which a compared to the set transmitter frequency f5 by one predetermined intermediate frequency ZF offset control frequency fu can be tapped. this is with common exciters, which as decadic mostly even programmable tunable Frequency synthesizers are designed, very easily possible. If this tax sender 1 is part of a combined transceiver system, it will be in the same device anyway simultaneously with the transmission frequency r. the overload frequency required for the receiver ru generated. With the offset control frequency rü there is a signal at output 8 of the directional coupler connected superimposition stage consisting of a mixer 14 with a downstream narrow-band intermediate frequency filter 15 controlled, so that in each case only the current transmitter frequency fs corresponding portion of the voltage u r for regulation is taken into account.
Unter Umständen kann es zweckmässig sein über eine in Fig. l schematisch angedeutete Schwellwertschaltung 16 dafür zu sorgen, dass der auf die reflektierte Leistung zurückzuführende Regelspannungsanteil ur erst dann wirksam wird, wenn ein vorbestimmter Spannungswert überschritten ist. Damit wird vermieden, das zu klein Reflexionen bereits einen Regelvorgang auslösen.Under certain circumstances it can be useful via a schematic in FIG indicated threshold circuit 16 to ensure that the reflected on the Power to be reduced control voltage component only becomes effective when a predetermined voltage value is exceeded. This avoids being too small Reflections already trigger a control process.
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