DE3783490T2 - Anordnungen hoher leistung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Einstellen eines hochenergetischen und frequenzvariablen elektrischen Systems.
• Bei einem Hochenergiesystem können sogar relativ unbedeutende Leistungsverluste in absoluten Werten bedeutende Leistungsbeträge darstellen. Für einen maximalen Wirkungsgrad in einem Hochenergiesystem sollte die Impedanz einer Stufe der Impedanz einer folgenden Stufe einwandfrei angepaßt sein. Dies kann nicht einfach durch Wahl von Komponentenwerten erreicht werden, da die Impedanz bestimmter Komponenten in einem frequenzvariablen System in hohem Maße frequenzempfindlich ist, so daß das System bei jedem Wechsel der Betriebsfrequenz jedesmal wieder abgestimmt werden muß. Im japanischen Patent Nr. 59-50619, das in den japanischen Patentzusammenfassungen, Vol. 8, Nr. 139, 28 Juni 1984 zu finden ist, wurde vorgeschlagen, daß voreingestellte Werte für einige der Komponenten in einem Übertrager in einem RAM für jede zu benutzende Frequenz gespeichert werden können und auf diese zurückgegriffen werden kann, wenn die Übetragerfrequenz geändert wird, wobei diese Werte dann zur Steuerung eines Stellmotors zur Einstellung der Komponentenwerte benutzt werden. In der Praxis ist jedoch das Verändern der Werte von einigen Komponenten des Systems auf voreingestellte Werte für jede verschiedene Frequenz unbefriedigend, da Veränderungen in den reaktiven Komponenten, die beispielsweise auf Alterung oder Temperaturveränderungen zurückzuführen sind, über einen Zeitraum auftreten können und die Impedanz einer stark frequenzempfindlichen Komponente sich mit dem Wetter verändern kann.
• Im französischen Patent Nr. 2,129,001 wird ein System vorgeschlagen, in dem der Wert einer meachnisch abstimmbaren Komponente geändert wird, während die von der Komponente reflektierte Leistung gemessen wird. Der Komponentenwert wird von einem Extrem seines Wertebereichs verändert, bis er zum zweiten Mal eine eingestellte Höhe der reflektierten Leistung durchläuft, und er wird dann auf einen Wert mittig zwischen den Werten, bei denen er die eingestellten reflektierten Leistungshöhen durchläuft, eingestellt.
• Im US-Patent Nr. 3, 271,684 wurde vorgeschlagen, einen Übertrager automatisch abzustimmen, indem erstens eine Grobabstimmung durchgeführt wird, indem die Komponentenwerte auf voreingestellte Werte in Abhängigkeit von der gewählten Übertragungsfrequenz eingestellt werden und dann zweitens eine Feinabstimmung durchgeführt wird, indem die relativen Phasen der Quellen- und Lastsignale gemessen werden. Eine solche, auf der Phase basierende Einstellung ist komplex und es ist bei dieser Vorgehensweise nicht immer möglich, eine Einstellung auf den maximalen Wirkungsgrad durchzuführen.
• Die Erfindung strebt an, ein verbessertes Verfahren zur Einstellung eines frequenzabhängigen Hochenergiesystems zu schaffen.
• Gemäß eines ersten Gesichtspunktes dieser Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Einstellen eines Hochenergiesystems die folgenden Schritte: Überwachen des Wirkungsgrads des Systems an den geeigneten Punkten des Systems; Einregulieren des Einstellwertes einer Komponente in einem solchen Sinn, daß der überwachte Wirkungsgrad über einen Punkt maximalen Wirkungsgrads hinweg verändert wird, bis er einen Referenzwert mit einem vorbestimmten Gradienten aus Komponentenwert gegenüber Wirkungsgrad erreicht; Nachstellen des Komponentenwertes in entgegengesetztem Sinn, so daß der überwachte Wirkungsgrad rückwärts über den maximalen Wirkungsgrad hinweg verändert wird, bis ein Referenzwert mit einem Gradienten gleicher Höhe, aber entgegengesetzten Vorzeichens erreicht ist; Nachstellen der Komponente auf einen Wert mittig zwischen diesen zwei Werten, die die Referenzwerte erzeugten; und Wiederholen dieser Schritte für eine Vielzahl von Komponenten des Systems.
• Der Maximalwert der überwachten Signalhöhe, der sich aus der Einstellung einer bestimmten Komponente ergibt, ist bestimmt, den maximalen Wirkungsgrad, an dem diese Stufe des Systems unter Berücksichtigung der Zustände der anderen Systemstufen arbeiten kann, darzustellen. In einem elektrischen Hochfrequenz-Hochenergiesystem ist es möglich, daß der höchstmögliche Wirkungsgrad einer bestimmten Stufe solange nicht erreicht werden kann, bis vorstehende oder folgende Stufen ihrerseits in einen effizienteren Einstellzustand gebracht wurden. Insofern können eine Anzahl reaktiver Komponenten der Reihe nach eingestellt werden, um fortschreitend den Wirkungsgrad des gesamten Systems zu erhöhen. Danach werden einige oder alle der reaktiven Komponenten nochmals eingestellt, um einen neuen und höheren Zustand des Wirkungsgrads zu erlangen, der höher liegt als derjenige, welcher in der ersten Einstellrunde erzielt werden konnte.
• In einem System der Praxis ändert das Einstellen einer reaktiven Komponente die Impedanz des Schaltkreises, von dem er bei der Betriebsfrequenz ein Teil darstellt. Bei relativ kleinen Abstimmfehlern hat sich gezeigt, daß die Variation der überwachten Signalhöhe, die auftritt, wenn sie einen Maximal- oder Minimalwert durchläuft, was einen Spitzen-Wirkungsgrad anzeigt, im wesentlichen symmetrisch um den Abstimmpunkt liegt. Daher ergibt die Wahl des Mittelpunktes zwischen zwei Referenzwerten auf entgegengesetzten Seiten der Maximal- oder Minimalpunkte einen Komponentenwert, der dem für einen Spitzen-Wirkungsgrad benötigten Komponentenwert bemerkenswert nahe liegt. Da dieses Verfahren keine detailierte Kenntnis der internen Arbeitsabläufe der verschiedenen Systemstufen benötigt, ist es viel anpassungsfähiger als ein Verfahren, das auf dem Einstellen von optimalen Signalphasenbedingungen beruht. Aus diesem Grund kann das Verfahren an vielen verschiedenen Punkten in einem großen System angewendet werden, und das Verfahren kann unter der Steuerung eines gemeinsamen Steuerschaltkreises durchgeführt werden.
• Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zum Einstellen eines hochenergetischen Radiosenders, der über ein breites Frequenzband betrieben werden muß.
• Die Erfindung wird weiterhin anhand von Beispielen beschrieben, die sich auf die begleitenden Zeichnungen beziehen, in denen:
• Fig. 1 die Ausgangsstufe eines hochenergetischen Radiosenders zeigt,
• Fig. 2 ein begleitendes Diagramm, und
• Fig. 3 einen Teil eines Steuerschaltkreises zum Einstellen des Senders zeigt.
• Figur 1 zeigt die Ausgangsstufe eines hochenergetischen Radiosenders, bei der der Ausgang einer vorausgehenden tiefenergetischen Stufe am Anschluß 1 anliegt und durch einen Eingangsverstärker 2 verstärkt wird. Das verstärkte Signal durchläuft die veränderbare Drosselspule 3, die mit dem Kondensator 4 die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 2 der Eingangsimpedanz einer Leistungs-Vierpolröhre 5 anpaßt. Leistungs-Vierpolröhren 5 und 6 werden durch die Stromversorgungen 7 bzw. 8 mit Strom versorgt. Die Leistungs-Vierpolröhren 5 und 6 sind durch einen abgestimmten Schaltkreis verbunden, der aus variablen Kondensatoren 9 und 10 und einer Drosselspule 11 besteht. Dieser abgestimmte Schaltkreis wird zur Anpassung der Impedanzen der Leistungs-Vierpolröhren 5 und 6 verwendet.
• Die Leistungs-Vierpolröhre 6 ist mit einer externen Antenne 12 durch ein angepaßtes Übertragungskabel verbunden, das aus einer Vielzahl von Induktivitäten 13 und variablen Kapazitäten 14 aufgebaut ist.
• Falls der Wirkungsgrad einer Übertragung definiert ist als das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung, ist es möglich, den Wirkungsgrad eines Radiosenders direkt durch den Vergleich des Kathodenstroms in den Tetroden mit der anliegenden RF-Spannung an der Last zu messen. Wenn eine Kurve eines Komponentenwertes gegen den Senderwirkungsgrad für eine reaktive Senderkomponente aufgetragen wird, wird für Komponentenwerte, die nahe dem Maximum liegen, eine Kurve erhalten, die hochsymmetrisch um ihr Maximum ist.
• Um den Übertrager auf maximalen Wirkungsgrad abzustimmen, müssen die Werte der variablen Komponente 3, 9, 10 und 14 eingestellt werden, wobei der Weg, auf dem dies geschieht unter Bezug auf die Figuren 2 beschrieben wird.
• Die Figuren 2a bis 2d zeigen die Variation des Wirkungsgrads, die auftritt, während eine Komponente auf ihren besten Wert eingestellt wird.
• In Figur 2a ist ein beliebiger Anfangs-Komponentenwert 15 gezeigt. Der Gradient des Komponentenwertes gegenüber der Kurve des Wirkungsgrades wird gemessen, indem der Komponentenwert leicht geändert wird. Aus diesem Gradienten wird die Richtung der Spitze der Kurve des Wirkungsgrads abgeleitet. Der Komponentenwert wird dann in Richtung der Spitze 16 der Kurve des Wirkungsgrades und über diese hinweg eingestellt, bis der Gradient einen vorbestimmten Referenzwert am Punkt 17 erreicht, siehe Figur 2b. Die Einregulierung wird an diesem Punkt 17 angehalten und der Komponentenwert 18 wird notiert. Anstatt der Verwendung eines Gradienten als Referenzwert kann stattdessen ein vorbestimmter Wert der überwachten Signalhöhe benutzt werden. Dieses Einregulieren wird mittels eines Schrittmotors durchgeführt, der mit der Komponente verbunden ist. Es wird ein Schrittmotor benutzt, da seine Position leicht durch das Zählen der Anzahl der Schritte, die er ausgeführt hat, berechnet werden kann.
• Der Komponentenwert wird dann in entgegengesetzter Richtung rückwärts eingestellt und wandert durch die Spitze 16 der Kurve des Wirkungsgrades, siehe Figur 2c, bis der Gradient gleich aber mit entgegengesetztem Vorzeichen zu den Referenzwert, der benutzt wurde, um den Punkt 17 festzulegen, ist; dies ist Punkt 19. Der Komponentenwert 20 an diesem Punkt wird notiert. Der Mittelpunkt der Werte 18 und 20 wird dann interpoliert, indem der Schrittmotor exakt auf die Hälfte der Gesamtanzahl der Schritte, die er zwischen den Punkten 17 und 19 überschritten hat, eingestellt wird. Die Komponente wird somit auf diesen Punkt 21 eingestellt, wobei sie auf den besten Punkt 16 der Wirkungsgradkurve gesetzt wird. Da der Wert einer jeden reaktiven Komponente frequenzabhängig ist, stellt der Punkt 16 im allgemeinen den Abstimmpunkt eines Schaltkreisabschnitts dar, von dem die Komponente einen Teil bildet.
• In Figur 3 ist in Form eines Blockdiagramms das Rechner- Steuersystem gezeigt, um die Funktionen der ihr angehörenden Teile anzugeben.
• Wenn der übertrager auf eine neue Frequenz eingestellt wird, müssen die meisten der variablen Komponenten neu eingestellt werden. Bei einer solchen Umstellung werden alle variablen Komponenten durch den Komponentenwert-Einsteller 24 gleichzeitig auf geeignete Näherungswerte eingestellt. Diese Operation wird unter Verwendung der Information im Ausgangswertespeicher 25 durchgeführt.
• Sind diese genährten Ausgangswerte eingestellt, wird eine variable Komponente (z.B. die Drosselspule 3) von der Steuereinheit 26 ausgewählt. Die Steuereinheit 26 unterweist die Kompontenwahleinheit 22 und die Überwachungspunkt-Wähleinheit 27, welche der Vielzahl der Schrittmotor-Steuerleitungen 23 und welche der Vielzahl der Überwachungsleitungen 28 zu benutzen sind. Eine jede Überwachungsleitung 28 ist mit einem der verschiedenen Überwachungspunkte 33, 34, 35, 36 und 37 verbunden, die in Figur 1 dargestellt sind. Die Steuereinheit 26 wählt darüberhinaus vom Datenspeicher 29 die Information aus, die von der Recheneinheit 30 benötigt wird.
• Die Recheneinheit 30 stellt dann die Komponente auf ihren besten Wert ein, indem sie Informationen, die sie über die Überwachungspunkt-Wahleinheit 27 erhält und Daten vom Datenspeicher 29 benutzt, und ändert die Komponentenwerte mittels des Komponentenwert-Einstellers 24 entsprechend dem Verfahren, das in Bezug auf Figur 2 beschrieben wurde.
• Wenn das Einstellen der Komponente 3 beendet ist, wählt die Steuereinheit 26 die nächste Komponente 9 und den Überwachungspunkt 34 in der Abfolge und wiederholt dies bis alle Komponenten auf maximalen Wirkungsgrad eingestellt worden sind. Die Abfolge kann dann wiederholt werden, um die Einstellung einer jeden Komponente weiter zu optimieren, da jeder überwachte Wert durch die Einstellung von mehr als einer einzelnen Komponente durchaus beeinflußt werden kann.

Claims (11)

1. Verfahren zum Einstellen eines Hochenergiesystems, das folgende Schritte beinhaltet: Überwachen des Wirkungsgrads des Systems an den geeigneten Punkten (33, 34, 35, 36) des Systems; Einregulieren des Einstellwertes einer Komponente (3, 9, 10, 14) in einem solchen Sinn, daß der überwachte Wirkungsgrad über einen Punkt (16) maximalen Wirkungsgrads hinweg verändert wird, bis er einen Referenzwert (17) mit einem vorbestimmten Gradienten aus Komponentenwert gegenüber Wirkungsgrad erreicht; Nachstellen des Komponentenwertes in entgegengesetztem Sinn, so daß der überwachte Wirkungsgrad rückwärts über den maximalen Wirkungsgrad (16) hinweg verändert wird, bis ein Referenzwert (19) mit einem Gradienten gleicher Höhe aber entgegengesetzten Vorzeichens erreicht ist; Nachstellen der Komponente auf einen Wert (21) mittig zwischen diesen zwei Werten (18, 20), die die Referenzwerte (17, 19) erzeugten; und Wiederholen dieser Schritte für eine Vielzahl von Komponenten (3, 9, 10, 14) des Systems.

2. Verfahren zum Einstellen eines Hochenergiesystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, der in der Anfangs-Einstellung eines Wertes einer ansprechenden Komponente (3,9,10,14) besteht, aufgenommen wird, um zu bestimmen, ob die überwachte Signalhöhe sich beim Ansprechen darauf in einem dazu geforderten Sinn verändert und daß diese Information benutzt wird, um zu bestimmen, in welchem Sinn der Komponentenwert einreguliert werden muß, um die überwachte Signalhöhe über einen Punkt von maximalem Wert hinweg zu verändern.

3. Verfahren zum Einstellen eines Hochenergiesystems nach Anspruch 1 oder 2, wobei der einzustellende Komponentenwert in diskreten Schritten verändert wird.

4. Verfahren zum Einstellen eines Hochenergiesystems nach Anspruch 3, wobei die Tätigkeit des Nachstellens der Komponente auf einen Wert mittig zwischen zwei Werten, die den Referenzwert erzeugen, ausgeführt wird, indem der Komponentenwert um die halbe Anzahl der diskreten Schritten geändert wird, die zwischen den zwei Werten, die die Referenzwerte erzeugen, ausgeführt wurden.

5. Verfahren zum Einstellen eines Hochenergiesystems nach Anspruch 1 bis 4, wobei einzustellende Komponenten, geeignete Punkte zur Überwachung der Einstellwirkung und geeignete Referenzwerte in einer vorgegebenen Abfolge ausgewählt werden.

6. Verfahren zum Einstellen eines Hochenergiesystem nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Abfolge wiederholt wird, zunehmend die Einregulierung einer jeden Komponente zu optimieren.

7. Hochenergiesystem, das geeignet ist, durch das Verfahren nach Anspruch 1 eingestellt zu werden, und das umfaßt: Mittel zur Überwachung des Wirkungsgrades des Systems an geeigneten Punkten (33, 34, 35, 36) in dem System; Mittel zum Einstellen der Komponentenwerte (3,9,10,14) in einem Sinn, so daß der überwachte Wirkungsgrad über einen Punkt (16) von maximalen Wirkungsgrad hinweg verändert wird, bis er einen Referenzwert (17) mit einem vorbestimmten Gradienten aus dem Komponentenwert gegenüber Wirkungsgrad erreicht; Mittel zum Nachstellen des Komponentenwertes im Rückwärtssinn, um den überwachten Wirkungsgrad rückwärts über den maximalen Wirkungsgrad (16) hinweg zu verändern, bis ein Referenzwert (19) mit einem Gradienten gleicher Höhe, aber entgegengesetzten Vorzeichens erreicht ist; Mittel zum Nachstellen der Komponente auf einen Wert (21) mittig zwischen diesen zwei Werten (17,19), die die Referenzwerte (17,19) erzeugen und Mittel zum Wiederholen der Schritte für eine Vielzahl von Komponenten (3, 9, 10, 14) des Systems.

8. Hochenergiesystem nach Anspruch 7, worin die einregulierten Komponenten eine Vielzahl von abgestimmten Stufen beinhalten, die mit einer Breitbandantenne gekoppelt sind.

9. Hochenergiesystem nach Anspruch 8, wobei die Breitbandantenne mit dieser Vielzahl von abgestimmten Stufen durch eine Übertragungsleitung verbunden ist, und diese Vielzahl von abgestimmten Stufen ebenfalls mit einer Vierpol-Elektrodenröhre verbunden sind.

10. Hochenergiesystem nach Anspruch 7 bis 9, wobei Komponenten mit Schrittmotoren eingestellt werden.

11. Hochenergiesystem nach Anspruch 10, wobei die Schrittmotoren ihrerseits mit einer gewöhnlichen Steuerschaltung gesteuert werden.