DE1271787B - Relaisstellenverstaerker fuer eine Richtfunkstrecke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04b

Deutsche Kl.: 21a4-55

Nummer: 1 271 787

Aktenzeichen: P 12 71 787.2-35 (S 79617)

Anmeldetag: 25. Mai 1962

Auslegetag: 4. Juli 1968

Relaisstellenverstärker für eine Richtfunkstrecke, bestehend aus einem ersten Frequenzumsetzer, an dessen Ausgang ein Zwischenfrequenzverstärker angeschaltet ist, der einen zweiten Frequenzumsetzer speist, dessen Ausgangsenergie nach weiterer Ver-Stärkung zur Aussendung gelangt, wobei die ausgestrahlten Frequenzen ganzzahlige Vielfache einer wesentlich niedrigeren Grundfrequenz /₀ sind, für welche ein vorzugsweise mittels eines Schwingquarzes stabilisierter Grundoszillator vorgesehen ist.

Richtfunksysteme arbeiten in der Regel mit Überlagerungsempfängern und Überlagerungssendern und erfordern daher in der Frequenz hochkonstante Oszillatoren zur Gewinnung dieser Überlagerungsfrequenzen. Die bekannten Systeme dieser Art arbei- ten in der Weise, daß entweder eine Vielzahl einzelner Quarzoszillatoren vorgesehen wird oder daß aus einem einzelnen mittels eines Schwingquarzes in der Frequenz stabilisierten Generator alle in dem gesamten Übertragungssystem benötigten Trägerfrequenzen getrennt abgeleitet werden. Während das ersterwähnte System bei jedem Frequenzwechsel auch einen Wechsel des entsprechenden Schwingquarzes mit den damit verbundenen Schwierigkeiten nach sich zieht, ist das letztgenannte System außerordentlich aufwendig, da es hohe Vervielfachungszahlen bei gleichzeitig zumindest auf der Sendeseite relativ hohem Ausgangsenergiepegel voraussetzt. Es liegen z. B. der Veröffentlichung »The Bell System Technical Journal«, November 1961, S. 1495 bis 1520, 1521 bis 1586, und der deutschen Patentschrift 973 119 derartige Systeme zugrunde, bei denen die Hochfrequenzenergie mit den Oszillatorfrequenzen für einerseits den Empfänger und andererseits den Überlagerungssender der Relaisstelle durch Vervielfachung einer beiden gemeinsamen niedrigen Grundfrequenz gewonnen wird.

Eine ähnlich funktionierende Einrichtung ist in der USA.-Patentschrift 2 505 043 beschrieben, bei der jedoch zusätzlich zu den Vervielfachern für die Empfangsüberlagerungsfrequenz und für die Sendefrequenz noch eine Regelschleife für den Grundfrequenzoszillator vorgesehen ist, die diesen auf die Empfangsträgerfrequenz stabilisieren soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Trägerversorgung von Sender und Empfänger einer Richtfunkstation gegenüber den obengenannten Systemen zu verringern und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, zusätzliche Informationen mit geringem Aufwand in die Relaisstelle einspeisen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Relaisstellenverstär-Relaisstellenverstärker für eine Richtfunkstrecke

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Dr. Hans Leysieffer,
8021 Icking-Walchstadt;
Egmont Gabler, 8000 München

ker für eine Richtfunkstrecke, bestehend aus einem ersten Frequenzumsetzer, an dessen Ausgang ein Zwischenfrequenzverstärker angeschaltet ist, der einen zweiten Frequenzumsetzer speist, dessen Ausgangsenergie nach weiterer Verstärkung zur Aussendung gelangt, wobei die ausgestrahlten Frequenzen ganzzahlige Vielfache einer wesentlich niedrigeren Grundfrequenz /₀ sind, für welche ein vorzugsweise mittels eines Schwingquarzes stabilisierter Grundoszillator vorgesehen ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zusätzlich ein auf der für den Überlagerungssender erforderlichen Überlagerungfrequenz frei schwingender Oszillator vorgesehen ist und daß ein vorzugsweise vernachlässigbar geringer Anteil der Ausgangsenergie des frei schwingenden Oszillators sowie ein auf die für die Übertragung geforderte Frequenz (Radiofrequenz) in der Frequenz vervielfachter Ausgangsenergieanteil des frequenzstabilisierten Oszillators einer Überlagerungsstufe zugeführt werden, an deren Ausgang ein auf die Zwischenfrequenz des Senders abgestimmter Zwischenfrequenzverstärker und Frequenzdiskriminator angeschaltet sind, die eine Frequenznachstelleinrichtung des frei schwingenden Oszillators zur Nachregelung auf seinen Frequenz-Sollwert betätigen.

Wenn in einer Relaisstelle die Sendefrequenz gegen die Empfangsfrequenz um einen vorgegebenen Frequenzwert verschieden ist (Versetzerfrequenz) und diese Versetzerfrequenz ebenfalls ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz /₀ ist, so ist es vorteilhaft, wenn dem Grundoszillator ein weiterer Anteil seiner Ausgangsenergie entnommen und in der Frequenz auf die Versetzerfrequenz vervielfacht wird und wenn die so gewonnene Hochfrequenzenergie mit Versetzerfrequenz in einer weiteren Überlagerungsstufe mit einem Teil der Ausgangsenergie des frei schwingenden Oszillators zur Überlagerungsfrequenz des Empfangsumsetzers in der Frequenz

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umgesetzt wird. Eine ebenfalls vorteilhafte Alternative hierzu besteht darin, daß ein weiterer frei schwingender Oszillator zur Gewinnung der Umsetzfrequenz für den Empfangsüberlagerer vorgesehen ist, dessen Frequenz in gleicher Weise wie für den anderen frei schwingenden Oszillator aus dem für beide frei schwingenden Oszillatoren gemeinsamen Grundoszillator nachgestellt wird. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Weiterbildung des Systems in der Weise, daß vorzugsweise der für die Gewinnung der Empfangsumsetzerfrequenz dienende frei schwingende Oszillator mit einem Frequenzmodulationszusatz zur Einfügung zusätzlicher Modulationssignale versehen ist und daß in die Frequenznachregeleinrichtungen beider frei schwingender Oszillatoren Tiefpässe eingefügt sind, deren obere Grenzfrequenz unterhalb der niedrigsten Modulationsfrequenz liegt. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Frequenznachstelleinrichtungen beider frei schwingender Oszillatoren als motorische Frequenznachstellung ausgebildet ist und in der Modulationsleitung des einen frei schwingenden Oszillators ein Hochpaß oder Bandpaß liegt, dessen untere Grenzfrequenz höher als die aus der Regelzeitkonstante der motorischen Frequenznachstellung sich ergebende höchste Frequenz ist.

Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn die Frequenzvervielfachung der Ausgangsenergie des Grundoszillators mit der Frequenz/₀ mittels einer Varactordiodenschaltung auf den geforderten Ausgangsfrequenzwert in einer Stufe erfolgt, in deren Ausgang frequenzselektive Netzwerke zur getrennten Entnahme der erforderlichen Frequenzen vorgesehen sind. In Weiterbildung der Erfindung kann diese Ausbildung in der Weise erfolgen, daß an den Grundoszillator mit der Frequenz/₀ getrennte Frequenzvervielfacher für die einzelnen Frequenzen angeschaltet sind, die jeweils aus einer Varactordiodenschaltung mit einem Netzwerk zur Aussiebung jeweils einer Frequenz versehen sind.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der F i g. 1 ist des besseren Verständnisses halber das Frequenzschema beispielsweise für den 6-GHz-Bereich nach der CCI-Norm schematisch wiedergegeben. Auf einer Skala sind zunächst das Unterband α und das Oberband b aufgetragen. Jedes Band enthält acht Kanäle, die mit la, 2 a, 3 a, 4a, Sa, 6a, la und 8a bzw. Ib bis 8b bezeichnet sind. Der Abstand zweier benachbarter Kanäle eines Bandes beträgt 2 · /₀. Beträgt der Frequenzabstand der benachbarten Kanäle des Unterbandes und des Oberbandes 3 · /₀, so ist der Abstand zwischen gleichbezifferten Kanälen des Oberbandes und des Unterbandes 17 · f₀. Diese Versetzerfrequenz 17 · /₀ ist in der Fig. 1 schematisch noch mit eingezeichnet. Es wird also in der Regel so gearbeitet, daß beispielsweise im ersten Streckenabschnitt ein Kanal des Unterbandes als Sendefrequenz und der ziffernmäßig gleiche Kanal des Oberbandes als Empfangsfrequenz vorgesehen ist, während im darauffolgenden Streckenabschnitt eine Vertauschung erfolgt. Wenn der Frequenzabstand der Kanäle 8 α und 1 b verschieden von 3 · /₀ ist, so ist die Versetzerfrequenz η ■ f_Q entsprechend verschieden zu wählen.

Der Frequenzwert von /₀ ist beispielsweise für den 6-GHz-Bereich mit etwa 14,8 MHz festgelegt.

Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung, die das Arbeiten nach diesem Frequenzschema ermöglicht, ist in der F i g. 2 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel behandelt eine Zwischenstelle in einem Richtfunksystem mit der Empfangsantenne AE und der Sendeantenne AS. Die empfangenen elektromagnetischen Wellen, beispielsweise aus dem Kanal Ib des Frequenzschemas nach der Fig. 1, werden über die üblichen Filter und sonstigen Schaltelemente einem Empfangsumsetzer 12 zugeführt, an dessen Ausgang sich ein Zwischenfrequenzverstärker 13 anschließt. Die Zwischenfrequenzschwingungen stehen am Ausgang 14 zur Verfügung und können unmittelbar an den Eingang 15 eines sendeseitigen Zwischenfrequenzverstärkers 16 durchgeschaltet werden, der seinerseits den Sendeumsetzer 17 zur Umsetzung der Zwischenfrequenzspannung, beispielsweise in den Kanal la, speist. Die Ausgangsenergie dieses Frequenzumsetzers wird zweckmäßig über einen Breitbandverstärker, wie einen Wanderfeldröhrenverstärker 18, unter Einschaltung der üblichen Laufzeitausgleichglieder, Richtungsleitungen, Filter usw. der Sendeantenne AS zugeführt. Die Überlagerungsfrequenz erhält der Empfangsumsetzer 12 über die Zuleitung 19 und der Sendeumsetzer 17 über die Zuleitung 20. Der an diese beiden Anschlüsse sich anschließende Schaltungsteil der Zwischenstelle des Richtfunksystems stellt die Trägerversorgung der Zwischenstelle dar.

Die Trägerversorgung der Richtfunkstelle umfaßt einen frei schwingenden Hochfrequenzgenerator 1, der auf der für den Sendeumsetzer 17 erforderlichen Frequenz von z. B. 400 · /₀ schwingt und mit einer noch näher zu erläuternden Frequenznachstellung versehen ist. Die Ausgangsleistung dieses frei schwingenden Generators 1 wird vorzugsweise über eine Gabelschaltung 2 oder einen 3-db-Richtungskoppler aufgeteilt, und zwar einmal auf den Anschluß 17 und zum anderen auf eine Überlagerungsstufe 3. Die Frequenznachstellung ist beim Ausführungsbeispiel motorisch. Es wird zu diesem Zweck von der Ausgangsleistung des frei schwingenden Oszillators 1 beispielsweise kapazitiv ein geringer Anteil entnommen und einer Überlagerungsstufe 9 zugeführt. Als weitere Eingangsspannung erhält diese Überlagerungsstufe einen Teil der Ausgangsenergie eines vorzugsweise mittels eines Schwingquarzes in der Frequenz stabilisierten, auf der Frequenz/₀ des Frequenzschemas nach der Fig. 1 schwingenden Oszillators 5 nach vorausgehender Vervielfachung. Die Vervielfachung erfolgt in einer Vervielfacherschaltung 6, die eine Reaktanzdiode enthält, in deren Ausgang ein beispielsweise auf der Frequenz 405 · /₀ selektives und nur in diesem Bereich durchlässiges Filter 8 enthalten ist. Es bildet sich auf diese Weise im Ausgang der Überlagerungsstufe 9 unter anderem die Differenzfrequenz von 5 · /₀, die nach entsprechender Verstärkung und Amplitudenbegrenzung einem Frequenzdiskriminator in der Schaltungsgruppe 10 zugeführt wird, dessen Mittenfrequenz (Ausgangsspannung 0) dem vorgeschriebenen Wert 5 · /₀ entspricht. Von diesem Diskriminator wird, gegebenenfalls unter Zwischenverstärkung, der Frequenznachstellmotor 11 betätigt, der mechanisch die Frequenznachstellung des frei schwingenden Oszillators 1 bewirkt.

Weiterhin wird beim Ausführungsbeispiel im Ausgang des Verstärkers 6 noch ein Teil der Ausgangsenergie einem weiteren frequenzselektiven Netzwerk 7 zugeführt, welches aus dem Frequenzspektrum des Vervielfachers 6 die Hochfrequenzenergie

mit Versetzerfrequenz, ζ. B. f_vers = 17 · f, aussiebt und als zweite Überlagerungsspannung der Überlagerungsstufe 3 zuführt. In deren Ausgang wird die Summenfrequenz, das sind beim Ausführungsbeispiel 417·/₀, mittels einer entsprechenden Siebschaltung 4 entnommen und dem Empfangsumsetzeranschluß 19 zugeführt.

Beim Allsführungsbeispiel wird die Frequenzvervielfachung in den Stufen 6, 7, 8 in der Weise vorgenommen, daß mittels einer Varactordiode in der Stufe 6 eine starke Verzerrung der vorzugsweise sinusförmigen Ausgangsspannung des Grundoszillators 5 mit der Frequenz /₀ vorgenommen wird. Aus der stark verzerrten Ausgangsschwingung der Stufe 6 werden dann mittels der Filter 7 und 8 die gewünschten Frequenzen 17 · /₀ und 405 · f₀ entnommen. Vor allem das Filter 8 ist durchstimmbar, wodurch eine Änderung der Frequenzen an den Anschlüssen 17 und 19 in folgender Weise erreichbar ist. Es wird z. B. das Filter 8 statt auf die 405. Oberwelle von /₀ auf die 407. Oberwelle abgestimmt. Es genügt dann ein Nachstimmen des frei schwingenden Oszillators 1 bis zu dem Punkt, in dem die motorische Nachregelung 11 wirksam wird. Der Oszillator 1 fängt sich dann auf der vorgeschriebenen Frequenz und wird auf dieser durch die Frequenznachstellung 11 festgehalten. Empfehlenswert ist hierbei, daß der Nachstellbereich der Frequenznachstellung geringer als der halbe Frequenzabstand benachbarter Kanäle im Frequenzschema nach der F i g. 1 gewählt wird. Wenn sich der Oszillator 1 mit der Frequenznachstellung auf der Sollfrequenz gefangen hat, stimmt man ihn zweckmäßig noch so weit nach, daß die Frequenznachstellung nach höheren und niederen Frequenzen hin etwa den gleichen Regelbereich hat.

Die Frequenz 5 · /₀ wurde beim Ausführungsbeispiel deshalb gewählt, weil sie zugleich der Zwischenfrequenz des Richtfunksystems entspricht, die in den Verstärkern 13 und 16 vorhanden ist. Das Frequenzverhältnis zwischen Schwingquarzfrequenz und Zwischenfrequenz muß jedoch nicht ganzzahlig sein. Das System hat also den Vorteil, daß die Zwischenfrequenz beim gegebenen Frequenzschema beispielsweise entsprechend der Fig. 1 innerhalb gewisser Grenzen frei wählbar ist. In jedem Fall muß dagegen die Zwischenfrequenz im Richtfunksystem, also in den Verstärkern 13, 16, gleich der Zwischenfrequenz in der Frequenznachstellschaltung, also im Verstärker, Begrenzer und Diskriminator 10, sein.

Wird die Trägerversorgung nach der F i g. 2 in einer Endstelle (Empfang oder Senden) des Richtfunksystems zum Einsatz gebracht, so können die Schaltungsgruppen 3, 4 und 7 und gegebenenfalls auch 2 in Fortfall kommen. Es verbleibt dann als Anschluß für das Endgestell seitens der Trägerversorgung nur der Anschluß 20.

Eine Weiterbildung der in der F i g. 2 gezeigten Trägerversorgung ist in der F i g. 3 wiedergegeben. Dort wird für den Sende- und für den Empfangsumsetzer je ein eigener, nach dem an Hand der F i g. 2 erläuterten Verfahren in der Frequenz kontrollierter Generator verwendet. Die entsprechenden Geräte sind hinsichtlich der Bezugsziffer gleich bezeichnet und nur mit einem Strich unterschieden. Die Kontroll-Grundschwingung /₀ wird einem gemeinsamen Quarzgenerator 5 entnommen, so daß auch hier, bis auf den Restfehler der Nachregelschaltung, eine feste Differenzfrequenz von z. B. f_vers -IT-J₀ zwischen den beiden Trägerschwingungen gewährleistet ist. Der Aufwand ist zwar in diesem Falle etwas größer, weil zwei Generatoren 1, 1' mit Nachregeleinrichtung gebraucht werden. Es wird aber der Vorteil erhalten, daß einer der beiden Generatoren z. B. mit Hilfe einer Reaktanzdiode 21 in der Frequenz moduliert werden kann, so daß sich im Gegensatz zu bekannten Systemen auf Zwischenstellen zusätzlich Gesprächssignale über den Anschluß 22 in

ίο die Richtfunkstrecke einspeisen lassen. Der durch das zusätzliche Modulationssignal beanspruchte Bereich des Basisbandes darf in diesem Fall am Anfangspunkt der Richtfunkstrecke nicht belegt werden.
Vorteilhaft kann die Leistung der Überlagerungsschwingung für die Empfangsumsetzung wesentlich kleiner gewählt werden als die für die Sendeumsetzung. Es empfiehlt sich vor allem in diesem Fall, den Oszillator für die Empfangsumsetzung mit der kleineren Leistung in der Frequenz zu modulieren. Es

ao ist jedoch Vorsorge zu treffen, daß die Frequenznachstellschaltung des modulierten Oszillators nicht auf die Modulation anspricht, wofür sich die Einfügung eines Tiefpasses in die Regelschaltung empfiehlt, dessen obere Grenzfrequenz unterhalb der tiefsten Modulationsfrequenz liegt. Beim Ausführungsbeispiel dient als derartiger Tiefpaß der Nachstellmotor 11'.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Relaisstellen verstärker für eine Richtfunkstrecke, bestehend aus einem ersten Frequenzumsetzer, an dessen Ausgang ein Zwischenfrequenzverstärker angeschaltet ist, der einen zweiten Frequenzumsetzer speist, dessen Ausgangsenergie nach weiterer Verstärkung zur Aussendung gelangt, wobei die ausgestrahlten Frequenzen ganzzahlige Vielfache einer wesentlich niedrigeren Grundfrequenz f₀ sind, für welche ein vorzugsweise mittels eines Schwingquarzes stabilisierter Grundoszillator vorgesehen ist, dadurchgekennzeichnet, daß zusätzlich ein auf der für den Überlagerungssender erforderlichen Überlagerungsfrequenz frei schwingender Oszillator (1) vorgesehen ist und daß ein vorzugsweise vernachlässigbar geringer Anteil der Ausgangsenergie des frei schwingenden Oszillators sowie ein auf die für die Übertragung geforderte Frequenz (Radiofrequenz) in der Frequenz vervielfachter Ausgangsenergieanteil des frequenzstabilisierten Oszillators (5) einer Uberlagerungsstufe (9) zugeführt werden, an deren Ausgang ein auf die Zwischenfrequenz des Senders abgestimmter Zwischenfrequenzverstärker und Frequenzdiskriminator (10) angeschaltet sind, die eine Frequenznachstelleinrichtung (11) des frei schwingenden Oszillators (1) zur Nachregelung auf seinen Frequenz-Sollwert betätigen.

2. Relaisstellenverstärker nach Anspruch 1, bei dem die Sendefrequenz gegen die Empfangsfrequenz um einen vorgegebenen Frequenzwert (Versetzerfrequenz) verschieden ist und diese Versetzerfrequenz ebenfalls ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz /₀ ist, dadurch gekenn-

zeichnet, daß dem Grundoszillator (5) ein weiterer Anteil seiner Ausgangsenergie entnommen und in der Frequenz auf die Versetzerfrequenz vervielfacht wird und daß die so gewonnene

Hochfrequenzenergie mit Versetzerfrequenz in einer weiteren Überlagerungsstufe (3) mit einem Teil der Ausgangsenergie des frei schwingenden Oszillators (1) auf die Überlagerungsfrequenz des Empfangsumsetzers (12) umgesetzt wird.

3. Relaisstellenverstärker nach Anspruch 1, bei dem die Sendefrequenz gegen die Empfangsfrequenz um einen vorgegebenen Frequenzwert verschieden ist und diese Versetzerfrequenz ebenfalls ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz f₀ ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer frei schwingender Oszillator (1) zur Gewinnung der Umsetzfrequenz für den Empfangsüberlagerer (12) vorgesehen ist, dessen Frequenz in gleicher Weise wie für den anderen frei schwingenden Oszillator (1) durch den für beide frei schwingenden Oszillatoren gemeinsamen Grundoszillator (S) nachgestellt wird.

4. Relaisstellenverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise der für die Gewinnung der Empfangsumsetzerschwingung dienende frei schwingende Oszillator mit einem Frequenzmodulationszusatz (21) zur Einfügung zusätzlicher Modulationssignale versehen ist und daß in die Frequenznachregeleinrichtungen (10, 11, 10', 11') beider frei schwingender Oszillatoren (1, V) Tiefpässe eingefügt sind, deren obere Grenzfrequenz unterhalb der niedrigsten Modulationsfrequenzen liegt.

5. Relaisstellenverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenznachstelleinrichtungen beider frei schwingender Oszillatoren als motorische Frequenznachstellung (11, 11') ausgebildet sind und in der Modulationsleitung des einen frei schwingenden Oszillators (1') ein Hochpaß oder Bandpaß liegt, dessen untere Grenzfrequenz höher als die aus der Regelzeitkonstante der motorischen Frequenznachstellung sich ergebende höchste Frequenz ist.

6. Relaisstellenverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvervielfachung der Ausgangsenergie des Grundoszillators mit der Frequenz /₀ mittels einer Varactordiodenschaltung auf den geforderten Ausgangsfrequenzwert in einer Stufe (6) erfolgt, in deren Ausgang frequenzselektive Netzwerke (7, 8) zur getrennten Entnahme der erforderlichen Frequenzen vorgesehen sind.

7. Relaisstellenverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Grundoszillator mit der Frequenz /₀ getrennte Frequenzvervielfacher (6, 6') für die einzelnen Frequenzen angeschaltet sind, die jeweils aus einer Varactordiodenschaltung mit einem Netzwerk (8, 8') zur Aussiebung jeweils einer Frequenz bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 973 119;
USA.-Patentschrift Nr. 2 505 043;
Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«, November 1961, S. 1495 bis 1520 und 1521 bis 1586.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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