DE1112147B

DE1112147B - Commercial radio reception system with broadband antenna for long, medium or short waves

Info

Publication number: DE1112147B
Application number: DET14733A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Fischer
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1958-02-12
Filing date: 1958-02-12
Publication date: 1961-08-03

Description

Kommerzielle Funkempfangsanlage mit Breitbandantenne für Lang-, Mittel-oder Kurzwellen Beim Bau von kommerziellen Funkempfangsanlagen hat man bisher die Antennen so groß bemessen, daß sie eine möglichst große Empfangsspannung liefern. Außerdem wurden bestimmte Forderungen bezüglich Richtwirkung und eines reellen Fußpunktwiderstandes zwecks Anpassung an das Antennenkabel in einem größeren Frequenzbereich erfüllt. Dies wird nachstehend näher erläutert.Commercial radio receiving system with broadband antenna for long, medium or Shortwaves Up to now, antennas have been used in the construction of commercial radio reception systems dimensioned so large that they deliver the highest possible receiving voltage. aside from that certain requirements with regard to directivity and a real base point resistance were established for the purpose of adapting to the antenna cable in a larger frequency range. This is explained in more detail below.

Einfache Antennen, die aus einem einzigen, z. B. senkrechten Draht oder dünnen Mast bestehen, haben nur bei Wellenlängen, bei denen die Höhe der Antenne gleich oder kleiner als eine Viertelwellenlänge ist (also bei niedrigeren Frequenzen) ein Vertikaldiagramm ohne Aufzipfelungen. Bei Frequenzen, bei denen die Antennenhöhe sehr viel kleiner als eine Viertelwellenlänge ist, wird die Empfangsspannung zu klein, auch dann, wenn die Antenne durch eine zusätzliche Induktivität abgestimmt wird. Bei Frequenzen, bei denen die Antenne größer als eine Viertelwellenlänge ist, hat das Vertikaldiagramm Aufzipfelungen, so daß in bestimmten Einfallswinkeln keine oder zu kleine Empfangsspannungen auftreten. Bei den anderen Einfallswinkeln ist die Empfangsspannung dann aber ausreichend. Bei solchen Antennen ist eine Anpassung nur in einem relativ kleinen Frequenzbereich (10 °/o und kleiner) möglich. Sie sind deshalb für die Erfindung ohne Interesse.Simple antennas that consist of a single, e.g. B. vertical wire or thin masts exist only at wavelengths at which the height of the antenna is equal to or less than a quarter wavelength (i.e. at lower frequencies) a vertical diagram without peaks. At frequencies where the antenna height is much smaller than a quarter wavelength, the receive voltage will increase small even if the antenna is tuned by an additional inductor will. At frequencies where the antenna is larger than a quarter wavelength, the vertical diagram has peaking so that at certain angles of incidence none or receiving voltages that are too low occur. At the other angles of incidence is the receiving voltage is then sufficient. With such antennas there is an adjustment only possible in a relatively small frequency range (10% and smaller). they are therefore of no interest to the invention.

Als Breitbandantennen werden z. B. senkrecht stehende Reusenantennen für einen Frequenzbereich von 4 bis 10 MHz mit einer Höhe von 24 m gebaut. Die Höhe ist durch die Forderung nach einem reellen Fußpunktwiderstand gegeben. Man hat deshalb keinen Einfluß auf die Empfangsspannung. Sie ist aber immer ausreichend.As broadband antennas z. B. vertical fish trap antennas built for a frequency range of 4 to 10 MHz with a height of 24 m. The height is given by the requirement for a real base point resistance. That's why you have no influence on the receiving voltage. But it is always sufficient.

Ein anderes Beispiel sind Rhombusantennen für 10 bis 20 MHz mit einer Hauptachsenlänge von 200 m und 22 m Höhe oder für 5 bis 10 MHz mit einer Hauptachsenlänge von 600 m und 40 m Höhe. Diese Abmessungen der Rombusantenne sind im wesentlichen durch das Vertikaldiagramm und weniger durch das Horizontaldiagramm bestimmt. Man hat deshalb keinen Einfluß auf die Empfangsspannung, die aber bei Rhombusantennen immer ausreichend ist.Another example are rhombus antennas for 10 to 20 MHz with a Main axis length of 200 m and 22 m height or for 5 to 10 MHz with a main axis length 600 m and 40 m high. These dimensions of the diamond antenna are essential determined by the vertical diagram and less by the horizontal diagram. Man therefore has no influence on the receiving voltage, but this has no effect on rhombus antennas is always sufficient.

Eine weitere bekannte, praktisch angewendete Breitbandantenne besteht aus einem geradeausgestreckten, senkrechten oder waagerechten Leiter, der im Gegensatz zu einer Reusenantenne dünn gegen die Wellenlänge ist und in Abschnitte unterteilt ist, zwischen denen je eine Spule und ein Widerstand in Parallel- oder Reihenschaltung liegen (deutsche Patentschrift 861878). Solche Antennen haben bei der Ausführung als einzelne Vertikalantenne eine Masthöhe von 10 m. Man hielt bisher diese Bemessung für richtig, um eine ausreichende Empfangsspannung zu erhalten. Die Erfindung zeigt, daß je nach der Lage und Größe des Frequenzbereiches eine andere Bemessung günstiger ist.Another known practically used broadband antenna exists from a straight, vertical or horizontal ladder, which in contrast to a fish trap antenna is thin against the wavelength and divided into sections is, between which a coil and a resistor in parallel or in series lie (German patent specification 861878). Such antennas have when running as a single vertical antenna a mast height of 10 m correct to get a sufficient reception voltage. The invention shows that depending on the location and size of the frequency range, a different dimensioning is more favorable is.

Die Erfindung besteht darin, daß durch eine der beiden folgenden Maßnahmen oder durch gleichzeitige Anwendung dieser Maßnahmen am Ausgang einer Breitbandantennenanlage für den kommerziellen Funkempfang auf dem Lang ; Mittel- oder Kurzwellenbereich eine im wesentlichen frequenzunabhängige Außengeräuschleistung vorhanden ist, die nur wenig über der Geräuschleistung des Empfängers liegt, insbesondere etwa 10 bis 100 kT: a) Die Nutzhöhe der Empfangsantenne, sofern sie ohne Einfluß auf die Richtwirkung ist, oder der Wirkungsgrad der Empfangsantenne, sofern er veränderbar ist, oder beide Größen sind so klein oder/und ihre Bündelung ist so stark bemessen, daß die erwähnte Außengeräuschleistung am Ausgang der Antenne vorhanden ist.The invention consists in that by one of the following two measures or by simultaneous application of these measures at the exit of a broadband antenna system for commercial radio reception on the Lang; Medium or short wave range there is an essentially frequency-independent external noise output that is only slightly above the noise output of the receiver, in particular about 10 to 100 kT: a) The usable height of the receiving antenna, provided that it has no influence on the directional effect is, or the efficiency of the receiving antenna, if it can be changed, or both sizes are so small and / or their bundling is so strong that the mentioned external noise power is present at the output of the antenna.

b) Am Ausgang der Empfangsantenne ist ein Filter eingeschaltet, dessen Dämpfungsverlauf so bemessen ist, daß die vom Filter abgegebene Außengeräuschleistung den erwähnten Wert hat.b) A filter is switched on at the output of the receiving antenna The attenuation curve is dimensioned in such a way that the external noise output emitted by the filter has the mentioned value.

Der Begriff des Außengeräusches wird weiter unten näher erläutert. Die Einheit kT ist bei der Messung der Geräuschzahl eines Empfängers in Deutschland gebräuchlich (P i t s c h, Lehrbuch der Funkempfangstechnik, § 201). Moderne Kurzwellenempfänger haben eine Rauschzahl von 3 bis 10 kT und Langwellenempfänger bis zu 25 kT.The concept of external noise is explained in more detail below. The unit kT is used to measure the noise figure of a receiver in Germany common (P i t s c h, textbook on radio reception technology, § 201). Modern shortwave receivers to have a noise figure of 3 to 10 kT and long wave receivers up to to 25 kT.

Die Vorteile der Erfindung sind niedrigere Baukosten für die Antennenanlage und geringere Störungen durch starke Signale. .The advantages of the invention are lower construction costs for the antenna system and less interference from strong signals. .

Es folgt nun zunächst eine Beschreibung der Anwendbarkeit der Erfindung.There now follows a description of the applicability of the invention.

Die Erfindung ist nicht bei allen Arten von Breitbandantennen anwendbar, z. B. nicht bei einer einzelnen Rhombusantenne, weil die Abmessungen, wie erwähnt, durch das Richtdiagramm festgelegt sind. Sie ist aber gut anwendbar bei der erwähnten unterteilten Antenne, die gemäß einem früheren, noch nicht bekannten Vorschlag auch bei Richtantennen mit mehreren Vertikalstrahlern angewendet werden kann (T 12933, Kl. 21 a4). Bei Einzelantennen dieser Art ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Vorschrift, daß sie niedriger als 10 m bemessen werden kann, z. B. 7 m, ohne daß die Empfangsqualität beeinträchtigt wird. Die genaue Abmessung hängt von mehreren Faktoren ab, wie Frequenzbereich, Größe und Frequenzabhängigkeit des Außengeräusches je nach der Lage des Empfangsortes und Wirkungsgrad (abhängig von den eingeschalteten Ohmschen Widerständen). Im Falle einer aus mehreren solcher Antennen bestehenden Richtantenne muß bei Anwendung der Erfindung die Antennenhöhe größer als bei einer Einzelantenne sein, weil infolge der Richtwirkung das Außengeräusch vermindert wird, welches jedoch, wie unten näher erklärt wird, nicht kleiner als das Rauschen der Empfangsanlage sein darf, sondern größer sein muß. Die sich daraus ergebende Höhe beträgt in dem unten beschriebenen Beispiel 9 m, also zufällig etwa soviel wie bei dem bisher benutzten Einzelstrahler.The invention is not applicable to all types of broadband antennas, z. B. not with a single rhombus antenna, because the dimensions, as mentioned, are determined by the directional diagram. But it is well applicable to the one mentioned subdivided antenna, which according to an earlier, not yet known proposal also Can be used for directional antennas with several vertical radiators (T 12933, Class 21 a4). In the case of individual antennas of this type, the invention results Regulation that it can be dimensioned lower than 10 m, e.g. B. 7 m without the reception quality is impaired. The exact dimension depends on several Factors such as frequency range, size and frequency dependence of the external noise depending on the location of the receiving location and efficiency (depending on the switched on Ohmic resistances). In the case of one consisting of several such antennas Directional antenna must be greater than when using the invention, the antenna height Be a single antenna, because the directional effect reduces external noise, which, however, as will be explained in more detail below, is no smaller than the noise of the Receiving system may be, but must be larger. The resulting height in the example described below is 9 m, which happens to be about as much as for the previously used single radiator.

Eine Anwendbarkeit der Erfindung bei anderen Arten von Breitbandantennen ist bisher nicht untersucht worden, jedoch ist sie zu erwarten. Bei Reusenantennen wird eine Verkürzung der Höhe möglich sein, wenn man die dadurch entstehende Fehlanpassung infolge der Verstimmung der Antenne durch eine entsprechend bemessene Dachkapazität oder einen Transformationsvierpol zwischen Antenne und Empfangsanlage ausgleichen würde.Applicability of the invention to other types of broadband antennas has not yet been investigated, but it is to be expected. With trap antennas a shortening of the height will be possible if one considers the resulting mismatch due to the detuning of the antenna due to a correspondingly dimensioned roof capacity or compensate for a four-pole transformation between antenna and receiving system would.

Nun folgt eine Beschreibung der Erfindung an Hand der Zeichnung.The invention will now be described with reference to the drawing.

Bei Abwesenheit von ungewünschten Signalen oder so günstig bemessenen Empfangseinrichtungen, daß Störungen durch sie ausgeschlossen werden, ist die unterste Empfangsgrenze durch Störgeräusche bestimmt. Im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich ist immer eine gewisse Geräuschfeldstärke vorhanden. Sie ist auch vorhanden in Gebieten, die völlig frei sind von Industriestörungen usw., und rührt her von Entladungen in der Atmosphäre, die je nach Ausbreitungsbedingungen auch über große Entfernungen übertragen werden können. Ein geringerer Teil davon hat auch kosmische Ursachen. Diese Geräuschfeldstärke (ihr Charakter ist weißem Rauschen ähnlich) ist, über längere Zeit gemittelt, verhältnismäßig konstant. Sie nimmt mit steigender Frequenz ab und wird über 30 MHz (unter 10 m) so klein, daß sie mit den heutigen Nachrichten-Empfangsgeräten im allgemeinen nicht mehr wahrgenommen wird. Die Feldstärke des Außengeräusches ist, je nach der geographischen Lage einer Empfangsstelle, verschieden. In tropischen Gebieten ist es bis zu 20 db höher als in Europa. Die Bemessung der Empfangsantenne und eines eventuell vorgeschalteten Netzwerkes im Sinne dieser Erfindung kann davon beeinftußt werden.In the absence of unwanted signals or so favorably dimensioned Receiving devices, that disturbances are excluded by them, is the lowest Reception limit determined by background noise. In the long, medium and short wave range there is always a certain noise field strength. It is also present in areas which are completely free from industrial disturbances, etc., and are due to discharges in the atmosphere, which, depending on the propagation conditions, also over great distances can be transferred. A smaller part of it also has cosmic causes. This noise field strength (its character is similar to white noise) is longer Time averaged, relatively constant. It decreases with increasing frequency and becomes so small over 30 MHz (under 10 m) that it can be used with today's message receivers is generally no longer perceived. The field strength of the external noise is different, depending on the geographical location of a receiving station. In tropical Areas it is up to 20 db higher than in Europe. The dimensioning of the receiving antenna and a possibly upstream network within the meaning of this invention can do so be influenced.

Am Ausgang einer Empfangsantenne liefert die Außengeräuschfeldstärke eine Außengeräuschleistung. Fig. 1 zeigt die Meßwerte einer bekannten, einzelnen, vertikalen Breitband-Rundempfangsantenne nach der obenerwähnten Patentschrift mit 9 m Höhe. Die Außengeräuschleistung ist zu groß, denn sobald die an die Empfangsgeräte abgegebene Außengeräusch-Leistung über deren Eigenrauschen (z. B. 10 kT) liegt, ist das Signal-Rausch-Verhältnis im wesentlichen durch die Außengeräuschleistung bestimmt. Eine Vergrößerung beispielsweise der effektiven Höhe der Empfangsantenne bringt keinen Vorteil mehr, weil sich außer der Nutzspannung auch die Geräuschspannung erhöht. Diese Erkenntnis ist wichtig, weil eine große effektive Höhe einen beträchtlichen Aufwand erfordert, besonders wenn man berücksichtigt, daß beispielsweise die Kosten eines Mastes mit seiner Höhe wesentlich schneller als linear wachsen. Die der Fig. 1 zugrunde liegende Antenne liefert also eine unnötig hohe Nutz- und Geräuschspannung. Sie könnte deshalb niedriger bemessen werden, z. B. 7 m.The outside noise field strength is provided at the output of a receiving antenna an exterior noise performance. Fig. 1 shows the measured values of a known, single, vertical broadband omnidirectional antenna according to the above-mentioned patent with 9 m high. The external noise output is too great, because as soon as it reaches the receiving devices External noise output is higher than its inherent noise (e.g. 10 kT), is the signal-to-noise ratio essentially due to the external noise power certainly. An increase in the effective height of the receiving antenna, for example no longer brings any advantage, because in addition to the useful voltage, the noise voltage also increases elevated. This realization is important because a large effective height is a considerable one Requires effort, especially when one takes into account, for example, the costs of a mast grow much faster with its height than linear. That of Fig. 1 underlying antenna provides an unnecessarily high useful voltage and noise voltage. It could therefore be made lower, e.g. B. 7 m.

Die .Größe der von einer Empfangsantenne abgegebenen Außengeräuschleistung hängt neben ihrer effektiven Höhe auch von ihrem Wirkungsgrad, dem Richtdiagramm in der Vertikalen und Horizontalen und einer eventuellen Fehlanpassung ab. Alle diese Parameter werden erfindungsgemäß so gewählt, daß die obengenannte Bedingung (10 bis 100 kT) mit dem geringstmöglichen Aufwand eingehalten wird.The magnitude of the external noise power emitted by a receiving antenna depends not only on their effective height but also on their efficiency, the directional diagram in the vertical and horizontal and a possible mismatch. All these parameters are selected according to the invention so that the above-mentioned condition (10 to 100 kT) is adhered to with the least possible effort.

Fig. 2 zeigt das Außengeräusch (in kT) einer erfindungsgemäß bemessenen Richt-Empfangsantenne in Abhängigkeit von der Frequenz. Es ist infolge der Richtwirkung kleiner als in Fig. 1. Die Antenne besteht nach Fig.3 aus zwei gespeisten, vertikalen, unterteilten, 9 m hohen Halbdipolen A 1 und A z, entsprechend der genannten Patentschrift und Patentanmeldung. Der gesamte Frequenzbereich von 1,6 bis 28 MHz wird von drei Antennenanlagen überdeckt, deren jede einen Frequenzbereich von etwa 1:3,5 umfaßt (1,6 bis 6 MHz, 4 bis 15 MHz, 8 bis 28 MHz). Der Abstand der beiden Halbdipole ist entsprechend der mittleren Frequenz des Teilbereiches gewählt. Der obere Teil der Antenne dient zur Vergrößerung der Nutzhöhe bei tiefen Frequenzen. Unten befinden sich die zur Phasenverschiebung erforderliche Umwegleitung U und ein Differentialübertrager D. 2 shows the external noise (in kT) of a directional receiving antenna dimensioned according to the invention as a function of the frequency. As a result of the directional effect, it is smaller than in FIG. 1. According to FIG. 3, the antenna consists of two fed, vertical, subdivided, 9 m high half-dipoles A 1 and A z, according to the cited patent specification and patent application. The entire frequency range from 1.6 to 28 MHz is covered by three antenna systems, each of which covers a frequency range of approximately 1: 3.5 (1.6 to 6 MHz, 4 to 15 MHz, 8 to 28 MHz). The distance between the two half-dipoles is selected according to the mean frequency of the sub-range. The upper part of the antenna is used to increase the usable height at low frequencies. At the bottom are the detour line U required for phase shifting and a differential transformer D.

Neben hohen Kosten hat aber eine zu große effektive Höhe einer Empfangsantenne einen weiteren Nachteil: Sender, die mit sehr großen Feldstärken einfallen, können schwache Signale stören durch übersteuerungseffekte in Antennenverteilern, -verstärkern und Empfängern. Hierzu gehören Kreuzmodulation und Bildung von Oberwellen oder von Mischprodukten bei Vorhandensein mehrerer starker Sender. Die Amplituden der Oberwellen und Mischprodukte nehmen, je nach ihrer Ordnung, mindestens quadratisch mit den Amplituden der sie erzeugenden Sender zu. Eine verhältnismäßig geringe Verminderung der gesamten von der Antenne abgegebenen Empfangsleistung kann daher bereits eine beträchtliche Verminderung der obengenannten Störung bringen.In addition to high costs, however, the effective height of a receiving antenna is too great Another disadvantage: transmitters that come in with very high field strengths can Weak signals are disturbing due to overload effects in antenna distributors and amplifiers and recipients. These include cross modulation and the formation of harmonics or of Mixed products in the presence of several powerful transmitters. The amplitudes of the harmonics and mixed products, depending on their order, are at least square with the Amplitudes of the transmitter generating them. A relatively small decrease of the total received power emitted by the antenna can therefore already be a bring considerable reduction in the above disorder.

Um diesen Nachteil bei einer gegebenen Empfangsantenne zu beseitigen, wird gemäß dem Merkmal b) der Erfindung die Ausgangsspannung der Empfangsantenne über ein Netzwerk geführt, dessen Dämpfungsverlauf so bemessen ist, daß die an die Empfangsanlage abgegebene Außengeräuschleistung im wesentlichen frequenzunabhängig ist und eine nach den bereits genannten Bedingungen ausreichende Größe hat. Dadurch wird erreicht, daß auch die Spannungen der störenden Sender abgesenkt werden, soweit sie in Frequenzbereichen mit hohem Außengeräusch liegen. Wie die Praxis zeigt, ist dies in den meisten Fällen gegeben. Der Dämpfungsverlauf des Filters muß der jeweiligen Antennentype angepaßt sein. Fig. 4 zeigt ihn für Antennen mit einem Außengeräusch nach Fig. 1.To overcome this disadvantage with a given receiving antenna, becomes the output voltage of the receiving antenna according to feature b) of the invention guided over a network whose attenuation curve is dimensioned so that the to the Receiving system External noise power output essentially is frequency-independent and sufficient according to the conditions already mentioned Has size. This ensures that the voltages of the interfering transmitters are also reduced as far as they are in frequency ranges with a high level of external noise. As the Practice shows that this is the case in most cases. The attenuation curve of the filter must be adapted to the respective antenna type. Fig. 4 shows it for antennas with an external noise according to FIG. 1.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für ein solches Filter und Fig.6 dessen Einschaltung zwischen Antenne und Antennenverteiler (Antennenverstärker).FIG. 5 shows an example of such a filter and FIG. 6 shows it Activation between antenna and antenna distributor (antenna amplifier).

Da die Herabsetzung der Kreuzmodulationsgefahr beim Empfänger nicht so wichtig wie beim elektronischen Antennenverteiler ist, kann man die durch das Filter hervorgerufene Spannungsherabsetzung im Antennenverteiler ganz oder teilweise wieder ausgleichen. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn Empfänger mit relativ niedriger Empfindlichkeit, also mit großer Rauschzahl, verwendet werden (in kT), weil die von der Antenne und dem Antennenverteiler gelieferte Rauschzahl größer als die Rauschzahl des Empfäners sein soll.Since the reduction of the risk of cross-modulation at the receiver is not As important as it is with the electronic antenna splitter, the Filter-induced voltage reduction in the antenna distributor in whole or in part balance again. This is particularly advantageous when recipients with relative low sensitivity, i.e. with a high noise figure, can be used (in kT), because the noise figure delivered by the antenna and the antenna distributor is greater than should be the receiver's noise figure.

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Claims

CLAIMS: 1. Commercial radio reception system with broad-band antenna for long, medium or short waves, characterized in that a substantially frequency-independent external noise power is available through one of the following two measures or by simultaneous application of these measures at the output of the antenna system, which only slightly above the Noise power of the receiver or any existing antenna distributor is, in particular about 10 to 100 kT: a) The usable height of the receiving antenna, if it does not affect the directional effect, or the efficiency of the receiving antenna, if it can be changed, or both sizes are so small and / or their bundling is dimensioned so strongly that the mentioned external noise power is present at the output of the antenna (Fig. 2 and 3). b) A filter is switched on at the output of the receiving antenna, the attenuation curve of which is dimensioned such that the external noise power emitted by the filter has the value mentioned (FIGS. 4 to 6).

2. Receiving system according to claim 1, feature a), characterized characterized in that a directional antenna is used as the receiving antenna, which consists of two or consists of more vertical radiators, which are divided into sections between which One coil and one resistor each are connected in parallel or in series (Fig. 3).

3. Receiving system according to claim 1. with antenna distributor, characterized in that that the antenna distributor amplifies the received voltage so much that the outside noise and the noise of the antenna splitter combined is only so much greater than the noise of the recipient are that the latter can practically be disregarded. Into consideration pulled documents: U.S. Patent No. 2,515,436; "Antennas and Propagation", Textbook of wireless communication technology, published by K o rs h e n e w s k y and runge, z. Vol., Springer-Verlag, 1956, p. 277, para. 1.