DE3238147A1 - Einkanal-sende-empfangs-geraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Sende-Empfangs· Geräte und betrifft insbesondere ein Einkanal-Sende-Empfangs-Gerät für einen Betrieb mit Sprechtaste, bei dem eine Rückkopplungsschleife benutzt wird, um jede Frequenzdrift zu minimieren, wenn der Sender betätigt wird.

Sende-Empfangs-Geräte sind allgemein bekannt und enthalten einen Sender und einen Empfänger, die typischerweise in einem kleinen Gehäuse untergebracht sind und Nachrichtenübertragungen zwischen zwei Punkten erleichtern. Mikrowellen-Sende-Empfangs-Geräte arbeiten mit extrem hohen Frequenzen, die seit kurzem bis in die Millimeterwellenbänder reichen, und können entweder für Rieht- oder für Allrichtungssichtlinienübertragungen benutzt werden, was von dem Antennentyp abhängig ist. Sende-

Empfangs-Geräte, die in diesem Wellenband arbeiten, sind besonders brauchbar, wenn eine relativ gesicherte übertragung verlangt wird, sowie in bewohnten Gebieten, beispielsweise für Übertragungen von einem Gebäude zum anderen, wo es erforderlich ist, die Störung von benachbarten Übertragungssystemen zu minimieren.

Ein Problem, das mit der Herstellung von Sende-Empfangs-Geräten im Millimeterwellenband verbunden ist, ist die begrenzte Verfügbarkeit von Bauelementen, die für diesen Frequenzbereich geeignet sind. Gegenwärtig gibt es wegen der sehr begrenzten Benutzung der Millimeterwellenbänder für Nachrichtenübertragungen eine relativ kleine Anzahl von Bauelementenherstellern, und diese Hersteller liefern nur eine kleine Anzahl von sehr teueren Bauelementen für den Gebrauch in Millimeterwellen-Sende-Empfang$-Geräten. Das bedeutet, daß die Endkosten eines solchen Sende-Empfangs-Gerätes mit den gegenwärtig verfügbaren Bauelementen ziemlich hoch sein werden, vergleicht man sie mit denen der umfangreich verfügbaren Sende-Empfangs-Geräte, die in den niedrigeren Frequenzbändern arbeiten.

Die Verwendung von Rückkopplungsschleifen in Sende-Empfangs -Geräten, die in den niedrigeren Frequenzbändern arbeiten, ist bekannt. Beispielsweise beschreibt die US-PS 2 460 781 eine Stabilisiereinrichtung in einem Funkgerät niedrigerer Frequenz. Ein Oszillator enthält eine Rückkopplungsschleife, die den sendenden Oszillator gemäß der Drift des Senders automatisch stabilisiert. Dieser Schaltungsaufbau kann zwar für den Betrieb bei niedrigerer Frequenz geeignet sein, es besteht jedoch keine realistische Möglichkeit, diesen Schaltungsaufbau auf die Millimeterwellenbetriebsfrequenz auszudehnen. Tatsächlich sind viele der Bauelemente, die in diesem

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Schaltungsaufbau benutzt werden, im Millimeterwellenfrequenzband einfach nicht verfügbar.

Von allgemeinem Interesse hinsichtlich Sende-Empfangs-Geräten, die in den MillimeterwellenbMndern arbeiten, sind die üS-PSen 3 916 412, 3 925 729, 3 935 533 und 3 931 575, bei denen jeweils jdie Anmelderin Paterittinhaberin ist. Die in diesen Patentschriften beschriebenen Sende-Empfangs-Geräte sind in der Lage, im Millimeterbereich zu arbeiten, diese Patentschriften beschreiben aber keine Maßnahme zum schnellen Korrigieren der Frequenzdrift oder -abwanderung des Senderoszillators im Betrieb mit Sprechtaste.

Die Erfindung schafft ein Sende-Empfangs-Gerät minimaler Komplexität, das einen Festkörper (d.h. einen Gunn) -Oszillator und eine HF-AFN (d.h. automatische Frequenznachstimmung) -Eückkopplungsschleife hat, die im Betrieb mit Sprechtaste den Oszillator augenblicklich stabilisiert.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß eine einfache, aber wirksame Rückkopplungsschleife in einem Einkanal-Millimeterwellen-Sende-Empfangs-Gerät eine Frequenzdrift während des Aufwärmens des Senderoszillators verhindert. Weil im Betrieb mit Sprechtaste der Sendeoszillator normalerweise nicht mit Strom versorgt ist, könnte, wenn die Sprechtaste niedergedrückt wird, die Frequenz des Senders während der Aufwärmperiode abwandern. Die Rückkopplungsschleife rastet jedoch die Sendeoszillatorfrequenz auf einer festen Versetzung (Offset) gegenüber der Frequenz des bereits in Betrieb befindlichen Empfangsoszillators ein. Diese Rückkopplungsschleife ist ziemlich schnell und eliminiert deshalb die Frequenzdrift des Sendeoszillators.

Gemäß der Erfindung enthält ein Sende-Empfangs-Gerät, in welchem ein Gunn-Oszillator benutzt wird, eine HF-AFN-

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Schleife zum Verhindern einer Frequenzdrift während des Betriebes mit Sprechtaste. Wenn der Sender mit Strom versorgt wird, durchqueren Streusignale den Zirkulator und treten in den Mischer ein, was dazu führt, daß in dem Breitbandvorverstärker ein ZF-Signal erzeugt wird. Ein Tiefpaßfilter an dem Vorverstärkerausgang dient als einfacher Flankendiskriminator, und dieses Ausgangssignal wird demoduliert und benutzt, um eine elektronische Servoschleife zu schließen. Diese Servoschleife rastet, nachdem sie geschlossen worden ist, die Sendeoszillatorfrequenz auf einer festen Versetzung gegenüber der Empfangsoszillatorfrequenz ein. Eine AVR (automatische Verstärkungsregelung) -Schleife ist ebenfalls vorgesehen, die verhindert, daß der Vorverstärker durch Streusignale aus dem Sender überlastet wird, und die das AFN-Fehlersignal normiert. Diese Rückkopplungsschleife ist ziemlich schnell und eliminiert deshalb eine Frequenzdrift nach dem Betätigen der Sprechtaste.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des schnellstabilisierten Gunn-Oszillator-Sende-Empfangs-Gerätes nach der Erfindung.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform eines schnellstabilisierten Gunn-Oszillator-Sende-Empfangs-Gerätes nach der Erfindung. Zu sendende Information in Form von Sprache, Daten oder Video wird über eine Leitung 10 einem Verstärker 12 zugeführt. Die Eingangssignale können Analogsignale (wie Sprache und Video) oder Digitalsignale sein, was von dem Verwendungszweck des Sende-

Empfangs-Gerätes abhängig ist. Sprachinformation ist der am häufigsten benutzte Typ von zugeführter Information, der benutzt wird, wenn das Sende-Empfangs-Gerät als Simplex- oder Einkanal-Ubertragungsvorrichtung benutzt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 12 wird über eine Leitung 14 an einen Eingang eines Summierers 16 angelegt. Das andere Eingangssignal des Summierers 16 wird von einem Testsystem geliefert, das weiter unten ausführlicher beschrieben ist. Das Ausgangssignal des Summierers 16 wird über eine Leitung 18 an einen Eingang eines Summierers 20 angelegt. Von dem Summierer 20 wird das Signal über eine Leitung 22 an den Eingang eines Festkörperoszillators 24 angelegt. In der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird als Sendeoszillator vorzugsweise ein Gunn-Oszillator benutzt. Selbstverständlich können jedoch andere Typen von Oszillatoren ebenfalls be-.nutzt werden. Beispielsweise könnten auch ein IMPATT-Diodenoszillator oder ein Gas-FET-Diodenoszillator benutzt werden.

Der Gunn-Oszillator 24 ist ein varactor oder kapazitätsdiodenabgestimmter Festkörperoszillator, der als Trägerfrequenzquelle des Senders dient. Der Gunn-Oszillator 24 ist normalerweise abgeschaltet, wird aber durch Drükken einer Taste 26 mit Strom versorgt, die über einen Vorspannungskönstanthalter 28 ein Gleichstromsignal an den Gunn-Oszillator 24 anlegt. Das HF-Ausgangssignal des Gunn-Oszillators 24 wird über eine Mikrowellenübertragungs· leitung 30 an ein Tor eines Zirkulators 32 angelegt. Der Zirkulator 32 ist eine Vorrichtung mit drei Toren, die einen vorbestimmten Kopplungsgrad zwischen den Toren hat. Der überwiegende Teil der Energie, die dem Zirkulator 32 über die Sendeleitung 30 zugeführt wird, wird, wie durch den Pfeil gezeigt, mit dem Tor gekoppelt, das mit einer Sendeleitung 34 verbunden ist. Eine Antenne 36 ist mit dem

äußeren Ende der Sendeleitung 34 verbunden und dient als Sende- und Empfangsöffnung für die Hochfrequenzmikrowellensignale. Die Beschreibung des Sende-Empfangsgerätes bis zu diesem Punkt betrifft grundsätzlich die Sendehälfte, die, wie erwähnt, normalerweise nur mit Strom versorgt wird, wenn die Taste 26 betätigt wird.

Unter Bezugnahme auf den unteren Teil der Zeichnung wird nun die Empfangshälfte des schnellstabilisierten Gunn-Oszillator-Sende-Empfangs-Gerätes nach der Erfindung beschrieben. Wenn das Sende-Empfangs-Gerät eingeschaltet ist und wenn die Taste 26 nicht niedergedrückt ist, ist der Empfängerteil normalerweise in Betrieb* Ein HF-Signal, das an der Antenne 36 empfangen wird, wird über den Wellenleiter 34 mit einem Tor des Zirkulators 32 gekoppelt. Diese Energie wird in der durch den Pfeil gezeigten Richtung mit dem dritten Tor des Zirkulators 32 und der übertragungsleitung 38 gekoppelt. An einem Gegentaktmischer 40 liegt ein Demodulations- oder Empfangsoszillatorsignal aus einem zweiten Gunn-Oszillator 42 an. Da der zweite Gunn-Oszillator 42 jederzeit eingeschaltet ist, wenn das Sende-Empf angs-Gerät eingeschaltet ist, wird er durch einen temperaturempfindlichen Widerstand (nicht dargestellt), der die Oszillatorkörpertemperatur abfühlt, normalerweise stabilisiert. Das Ausgangssignal des Gegentaktmischers 40 wird über eine Leitung 44 an einen Vorverstärker 46 angelegt, der als Schnittstelle mit dem Ausgang des Mischers verbunden ist. Ein Tiefpaßfilter 48 an dem Ausgang des Vorverstärkers 46 begrenzt die Bandpaßcharakteristik des Empfangssignals und legt dieses über eine Leitung 50 an einen FM-Empfanger 52 an.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist eine Rückkopplungsschleife, die den Gunn-Oszillator 24 während der kurzen Zeitspanne im Anschluß an das Niederdrücken der Taste 26, durch das der Sendeteil des Sende-Empfangs-Gerätes mit

Strom versorgt wird, stabilisiert. Ohne eine Stabilisiereinrichtung erfolgt^ wie erwähnt, eine relativ große Frequenzdrift des Gunn-Oszillators 24 während des Aufwärmens oder der kurzen Zeitspanne nach dem Niederdrücken der Taste 26. Gemäß der Erfindung ist eine HF-AFN-Schleife vorgesehen, um den Gunn-Sende-Oszillator 24 mit dem ständig arbeitenden, einen niedrigeren Strom aufnehmenden Gunn-Empfangs-Oszillator 42 zu stabilisieren. Die Rückkopplungsschleife enthält einen AFN-Detektor und Verstärker 54, der über eine übertragungsleitung 56 mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters 48 verbunden ist. Der Ausgang des AFN-Detektors und Verstärkers 54 ist über einen Eingang des Summierers 20 zu dem Eingang des Gunn-Oszillators 24 zurückgeführt. Der AFN-Detektor und Verstärker 54 dient zusammen mit dem Tiefpaßfilter 48 und dem Vorverstärker 46 als einfacher Flankendiskriminator, der die Ausgangsfrequenz des Gunn-Oszillators 24 mit einer festen Versetzung der des Gunn-Oszillators 42 nachführt. Wenn die Taste 26 niedergedrückt ist, empfangt der Summierer 20 eine große positive Spannung, die die Frequenz des Gunn-Oszillators größer macht. Dadurch wiederum wird die Differenzfrequenz verringert. Die Differenzfrequenz zwischen der gesendeten Frequenz und der des Gunn-Oszillators 42 nimmt weiter ab, bis die Bandkante des Tiefpaßfilters 48 erreicht ist. An dieser Bandkante wird ein ZF-Signal erzeugt und demoduliert. Dieses demodulierte Signal ist das Fehlersignal, das zu dem Eingang des Gunn-Oszillators 24 zurückgeleitet wird und die Sendefrequenz auf der des Empfangsoszillators eingerastet hält.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein einfaches, aber wirksames Testsystem, das in dem Sende-Empfangs-Gerät enthalten sein kann. Das Testsystem enthält einen Tongenerator 58, der mit einem Eingang des Summierverstärkers 16 verbunden ist. Ein Schalter 60 gibt den Tongererator 58 frei, und ein Tonsignal wird an den Eingang des Gunn-Oszillators

24 angelegt. Ein Teil des Tonsignals wird durch die Streuung in dem Zirkulator 3 2 übertragen und liefert beim Empfang in dem FM-Empfanger 52 eine Ja/Nein-Anzeige. Die Anzeige an . dem FM-Empfänger 52 könnte ein Ton sein, der in einem Kopfhörer gehört wird, oder Licht, das von einer an dem Gehäuse des Sende-Empfangs-Gerätes angebrachten Lampe abgegeben wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche :

   V1J Einkanal-Sende-Empfangs-Gerät mit einem Senderteil und einem Empfängerteil, gekennzeichnet durch: einen ersten Mikrowellenoszillator (24) in dem Senderteil (10-30), der ein Eingangssignal hat, das die Schwingungsfrequenz proportional ändert, um eine Sendefrequenz im Millimeterband zu erzeugen;

   eine Antenne (3.6) zum Senden und Empfangen von Mikrowellenenergie;

   einen Zirkulator (32), der die Antenne (36) sowohl mit dem Senderteil (10-30) als auch mit dem Empfängerteil (38-52) verbindet;

   einen mit dem Zirkulator (32) verbundenen zweiten Mikrowellenoszillator (42) in dem Empfängerteil zum Demodulieren eines empfangenen Mikrowellensignals; und eine Rückkopplungsschleife mit einer Flankendiskriminatorschaltung (46, 48, 54) und einer Frequenzdiskriminatorschaltung zum Erzeugen eines Spannungswertes, der sich proportional zu dem zweiten Oszillator (42) ändert, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das zu dem Eingang des Sender-

   Oszillators (24) rückgekoppelt wird.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mikrowellenoszillator (24) ein Festkörper-Gunn-Oszillator ist, dessen Eingang mit einem Summierpunkt (20) verbunden ist, und daß die Rückkopplungsschleife (48, 54, 56) einen Spannungswert an den Summierpunkt anlegt, der zu der Frequenzdrift des Gunn-Oszillators (24) während des Aufwärmens, falls eine solche Frequenzdrift vorhanden ist, proportional ist.
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschleife (48, 54, 56) ein Tiefpaßfilter (48) und einen Frequenzdiskriminator (54) enthält, die als einfacher Flankendiskriminator zum Schließen der Rückkopplungsschleife dienen.
4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerteil (38-52) einen Gegentaktmischer (40) enthält, der zwischen den Zirkulator (.32) und das Tiefpaßfilter (48) geschaltet ist, und daß der zweite Mikrowellenoszillator (42) mit dem Gegentaktmischer verbunden ist.
5. 5. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tongenerator (58), der mit dem Eingang des ersten Mikrowellenoszillators (24) verbindbar ist, um diesem ein Testtonsignal zu liefern, das, wenn es in dem Empfängerteil (38-52) empfangen wird, den richtigen Betrieb des Sende-Empfangs-Gerätes anzeigt.