DE1915760C3 - Als Bandpaßfflter ausgebildete Anpassungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine als Bandpaßfilter mit Längs- und Querreaktanzen ausgebildete, in einem größeren Frequenzbereich mittels einer Gleichlaufvorrichtung durchstimmbar Anpassungsschaltung für die Einschaltung zwischen eine Hochfrequenzquelle und einen komplexen Verbraucherwiderstand, insbesondere eine Antenne, bei der in den Querzweigen zwei abstimmbare Parallelresonanzkreise vorgesehen sind, von denen dem in Übertragungsrichtung letzten eine Reaktanz (Koppelreaktanz) nachgeschaltet ist, die sowohl der Einstellung des Transformatorverhältnisses als auch zur Änderung der Blindkomponente des komplexen Verbraucherwiderstandes auf einen für die Anpassung erforderlichen Wert dient, und bei der außerdem eine Einrichtung für die selbsttätige Einstellung dieses Anpaßvorganges vorgesehen ist.

Um den Ausgang eines Senders, der normalerweise für einen reellen, frequenzunabhängigen Lastwiderstand von beispielsweise 50 Ohm dimensioniert ist, an eine komplexe, frequenzabhängige Last, z. B. eine Antenne anzupassen, werden als Anpassungsschaltungen dienende Halbglieder, T-Glieder oder π-Glieder aus variablen Reaktanzen verwendet. Es sind verschiedene Anordnungen bekannt, die beim Durchstimmen des Senders die Anpassung automatisch durchführen, indem die einzelnen Reaktanzen des Anpaßgliedes mittels Servomotoren variiert werden, wobei das Steuerkriterium hierfür entweder der Betrag und die Phase einer Spannung oder nur der Betrag derselben ist Im letzteren Falle ist ein automatischer Suchvorgang erforderlich.

Diese bekannten Anordnungen versagen jedoch vollkommen, wenn z. B. zwei oder mehr Sender unterschiedlicher Frequenzlage an eine Antenne angepaßt werden müssen, weil sie sich gegenseitig stören würden. Um eine gegenseitige Beeinflussung der Sender, z. B. eine Bildung unerwünschter Kombinationsfrequenzen zu vermeiden, muß jedem Sender ein mehrkreisiger, hochselektiver Bandpaß vorgeschaltet werden. Für den Fall, daß die antennenseitigen Klemmenpaare dieser Bandpässe parallel liegen (die duale Version der Reihenschaltung wäre ebenso möglich), müssen nach der Theorie der Weichenfilter die Bandpässe im Verzweigungspunkt mit einei

Reihenreaktanz beginnen, die gleichzeitig als Transformationsreaktanzen bzw. Koppelreaktanz wirkt

Die Antenne stellt bei Betrieb mit unterschiedlichen Frequenzen für jeden dieser Bandpasse einen anderen komplexen Widerstand dar. Eine Kompensation der dadurch verursachten Fehlanpassung durch ein Anpaßglied üblicher Art zwischen Bandpaß und Sender ist nicht möglich, da eine Fehlanpassung am Ausgang eines hochselekriven Filters infolge der großen Laufzeit einen sehr raschen Frequenzgang des Scheinwiderstandes an seinen Eingangsklemmen zur Folge hat

Bei geeigneter Dimensionierung des Bandpasses ist eine Anpassung auf der Antennenseite jedoch immer durch geeignete Einstellung der Transformationsreaktanz und Verstimmung des ihr benachbarten Resonanzkreises möglich. Es genügt also die Variation zweier Elemente des Bandpasses, um eine Anpassung zu erzielen. Ein sich hieraus ergebender Vorteil besteht neben der Einsparung von Schaltelementen in der Unabhängigkeit der Filtercharakteristik (z. B. Sperrverhalten) vom Antennenwiderstand.

Für eine automatische Anpaßordnung ist nun ein Kriterium erforderlich, das bei Frequenzwechsel oder auch bei einer Veränderung an der Antenne eine Variation der beiden Anpaßelemente im richtigen Sinne bewirkt Hierbei sei angenommen, daß alle anderen Abstimmelemente des Bandpasses im Frequenzgleich lauf mit dem Sender sind. Ein Reflektormeter zwischen Sender und Bandpaß könnte, selbst wenn es Betrag und Phase des Reflexionsfaktors anzeigt diese Aufgabe nicht erfüllen, da es nicht unterscheiden könnte, welches der beiden Anpaßelemente variiert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätig arbeitende Anpassungsschaltung anzugeben, die diesen Forderungen gerecht wird.

Ausgegend von einer Anpassungsschaltung der einleitend geschilderten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die als Querzweige geschalteten Parallelresonanzkreise über ein bei der Betriebsfrequenz die Phase um ein ungerades Vielfaches, Eins inbegriffen, von 90° drehendes Netzwerk gekoppelt sind, daß für jeden der beiden Parallelresonanzkreise eine Einrichtung zur Messung des Betrages der daran stehenden Wechselspannung vorgesehen ist, und die Koppelreaktanz derart in ihrem Wert verändert wird, daß die Beträge der beiden Wechselspannungen an den Parallelresonanzkreisen ein der geforderten Transformation entsprechendes Verhältnis haben, und daß eine weitere Meßeinrichtung zur Bestimmung des Be'rages derjenigen Wechselspannung vorgesehen ist, die in Übertragungsrichtung zwischen den beiden Parallelresonanzkreisen im Längszweig abfällt und die Abstimmung des der Koppelreaktanz benachbarten Parallelresonanzkreises so verändert wird, daß der Betrag der in Längsrichtung gemessenen Wechselspannung in einem der geforderten Kompensation der transformierten Blindkomponente entsprechenden Verhältnis zu dem Betrag, der an einem der beiden Parallelresonanzkreise stehenden Wechselspannung steht.

Sieht man in einer Anpassungsschaltung mit wenigstens drei Parallelresonanzkreisen zwei Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Beträge der in zwei benachbarten Längszweigen abfallenden Wechselspannungen vor, so kann das Verhältnis dieser beiden Spannungsbeträge als Kriterium zur Nachstimmung des der Koppelreaktanz benachbarten Parallelresonanzkreises dienen.

Nach einer Weiterbildung ist die Anpassungsschaltung dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Parallelresonanzkreise in den Querzweigen Serienresonanzkreise in den Längszweigen vorgesehen sind, die über Querreaktanzen gekoppelt sind, und an Stelle der Spannungsmeßeinrichtungen entsprechend an die Resonanzkreise angeschaltete Stromraeßeinrichtungen.

Hinsichtlich der Anwendung ist eine erfindungsgemäße Anpassungsschaltung vor allem dann vorteilhaft,

ίο wenn das Bandpaßfilter einen Zweig einer Weichenschaltung für die gemeinsame Anschaltung mehrerer frequenzverschieden arbeitender und vorzugsweise unabhängig voneinander frequenzveränderbarer Sender an einen komplexen Verbraucherwiderstand bildet Nachstehend wird die Erfindung an Hand von 5 Abbildungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert

F i g. 1 zeigt ein drei Parallelresonanzkreise 1,2 und 3 enthaltendes Bandpaßfilter, das zwischen einem Generator 4 mit reellem Innenwiderstand Ri und einer komplexen Verbraucherimpedanz Za bzw. 5 geschaltet ist Der Generator 4 ist in bekannter Weise durch eine Anzapfung 6 an den Kreis 1 angeschaltet Die Transformation der Verbraucherimpedanz bzw. der Last 5 an den Kreis 3 erfolgt über den in seinem Kapazitätswert veränderbaren Kondensator 7, die Kopplung zwischen den einzelnen Kreisen durch die Induktivitäten 8 und 9. Zur Abstimmung des der Transformationsreaktanz bzw. Koppelreaktanz 7 benachbarten Kreises 3 dient der Kondensator 10. Die Abstimmkondensatoren 11 bzw. 12 der Kreise 1 bzw. 2 sind mechanisch gleichlaufend betätigbar. An Stelle der mechanischen Gleichlaufvorrichtung kann auch eine elektrische Gleichlaufvorrichtung z. B. mit Kapazitätsdioden vorgesehen sein.

In F i g. 2 ist der Vorgang der Anpassung der Last 5 an den Resonanzkreis 3 graphisch in der komplexen Widerstandsebene dargestellt. Der Zeiger 13 stellt die komplexe Verbraucherimpedanz Za dar. Der Transformationskreis 14 geht durch den reellen Widerstand Ra*, das ist der Widerstand, der an den Resonanzkreis 3 transformiert werden muß, damit sich das in F i g. 1 dargestellte Bandpaßfilter im Anpaßzustand befindet. Aus den beiden Punkten Za und Ra* in der komplexen Widerstandsebene ergeben sich die Länge des Zeigers 15, die ein Maß für die erforderliche Reaktanz des Kondensators 7 ist, und die Länge des Bogens S6, die ein Maß für die Verstimmung des Resonanzkreises 3 gegenüber den Resonanzkreisen 1 und 2 ist. Dieser Anpaßvorgang ist prinzipiell der gleiche, wie er auch für eine Last Za = Ra gilt. Die Blindkomponente von Za wird durch die Reaktanz des Kondensators 7 berücksichtigt.

F i g. 3 zeigt die Zeigerdiagramme der verschiedenen, an einem Bandpaßfilter nach F i g. 1 meßbaren Wechselspannungen, und zwar für verschiedene Transformations- und Abstimmzustände. Zur Vereinfachung ist ein Filtertyp gewählt, der im Anpaßzustand an allen drei Resonanzkreisen gleiche Spannungsamplituden auf weist, und es sind alle Resonanzkreise verlustfrei angenommen. Hierbei sind {71 die Spannung am Resonanzkreis 1, i/2 die Spannung am Resonanzkreis 2 und L/3 die Spannung am Resonanzkreis 3. Die Spannung {712 ist längs der Koppelreaktanz 8. die Spannung £723 längs der Koppelreaktanz 9 meßbar. 6s Vorausgesetzt ist, daß die Resonanzkreise 1 und 2 auf die Generatorfrequenz abgestimmt sind. Das Zeigerdia-

"Ra = rein reelle Last.

15

gramm a zeigt die Verhältnisse im Anpaßzustand; hier ^lst(71 = t/2 = t/3 und U12 = t/23 = t/3· l'2.

Das Diagramm b gilt für einen zu kleinen Wert von Ra*; hier ist U2>U\ — t/3. Das Diagramm cgilt für einen zu großen Wert von Ra*; hier ist U 2 <t/l = t/3. In diesen beiden Fällen ist, ebenso wie im Anpaßzustand, un= U 23 = $/2^T + t/3~²,

da die Phasenwinkel zwischen den drei Spannungen to t/l, U2 und t/3 jeweils 90° betragen. Diese Winkeldifferenz von 90° ist das Kriterium für richtige Abstimmung des Resonanzkreises 3.

In den Diagrammen c/und csind die beiden Fälle der Fehlabstimmung des Resonanzkreises 3 bei richtigem Wert von Ra*dargestellt, und zwar im Diagramm dfür zu großen Wert, im Diagramm e für zu kleinen Kapazitäiswert des Kondensators 10. Man sieht, daß im ersten Fall U12 <t/23, im zweiten Fall t/12>t/23ist

Die Abweichung des Phasenwinkels zwischen i/2 und t/l bzw. t/3 vom Sollwert 90° tritt immer bei Fehlabstimmung des Resonanzkreises 3 auf, auch wenn gleichzeitig noch ein zu großer oder zu kleiner Wert von Ra* vorliegt. Auch bei diesem allgemeinen Fall der Fehlanpassung stellt das Verhältnis von t/2 zu t/3 ein eindeutiges Kriterium für die Transformation, also die Einstellung des Kondensators 7 dar. Das Kriterium für die Abstimmung des Resonanzkreises 3, also die Einstellung des Kondensators 10 kann sowohl durch das Verhältnis von t/23 zu dem Wert

fUi* + t/3²

als auch durch das Verhältnis von t/23 zu t/12 gebildet werden.

Es genügt also prinzipiell die Messung von drei Wechselspannungsbeträgen an und zwischen zwei ParalJelresonanzkreisen, um zwei Kriterien dafür zu erhalten, welches der beiden Anpaßelemente (3 und 7) in welcher Richtung verändert werden muß, um Anpassung zu erhalten. Hierbei kann in der Praxis an Stelle des Wertes

der Wert

ΐ/ΐ/2²" + t/3²

Ul+ U3

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als Vergleichsgröße genommen werden, da dieser meßtechnisch leichter zu gewinnen ist. Bei Bandpaßfiltern mit drei und mehr Resonanzkreisen wird man als Abstimmkriterium vorteilhaft das Verhältnis von t/23 zu U12 wählen.

Die in F i g. 3 gezeigten Zeigerdiagramme sind für alle Bandpaßfilter nach F i g. 1 mit induktiver Kopplung zwischen den Kreisen im wesentlichen gleich. Bei einem Zweikreisfilter entfallen die Zeiger t/l und t/12; bei mehr als drei Kreisen setzen sich die Zeiger in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn fort. Bei Bandpaßfiltern mit kapazitiver Kopplung zwischen den Kreisen erfolgt die Drehung der Spannungszeiger vom Ausgangs- zum Eingangskreis im Uhrzeigersinn.

Fig.4 zeigt eine Weichenschaltung, die es ermöglicht, die beiden Sender 22 und 23 an eine Antenne 24 bei gegenseitiger Entkopplung anzuschalten. Die Entkopplung sowohl wie die Anpassung erfolgt durch die beiden Bandpaßfilter 25 und 26, die in gleicher Weise wie das in F i g. 1 gezeigte aufgebaut sind. Die gestrichelten Linien 27 und 28 deuten mechanischen Gleichlauf jeweils zweier Resonanzkreise mit dem zugehörigen Sender an.

F i g. 5 zeigt eine ausgeführte Schaltung eines automatisch anpaßbaren Bandpasses, ähnlich Fig. 1, mit den zur Messung der Spannungsbeträge erforderlichen Gleichrichtern 29, 30, 31 und 32 Die mittels der Gleichrichter 29 und 30 gewonnenen Gleichspannungen t/'3 und t/'2 einerseits sowie die mittels der Gleichrichter 31 und 32 gewonnenen U'Yl und t/'23 andererseits werden gegeneinandergeschaltet, so daß sich die Differenzspannungen dt/'= C/'3 - U'2 und AU" = 1/Ί2- t/'23 ergeben, die über je einen Gleichspannungsverstärker 33 bzw. 34 je einen Servomotor 35 bzw. 36 steuern. Die Einstellung des Kondensators 7 wird hierbei auch durch AU, die des Kondensators 10 durch Δ U' bewirkt, und zwar sofort in der richtigen Richtung. Ist 4t/'= AU"= 0, ist die Anpassung des Bandpasses an die Antenne 24 beendet Die hochohmigen Widerstände 37,38 und 39 dienen zur losen Kopplung der Gleichrichter an die Kreise 1,2 und 3, die Übertrager 40 und 41 wirken als Symmetrieübertrager. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Gleichrichterschaltungen nur schematisch angedeutet Die erfindungsgemäße Schaltung ist auch in gegensinniger Richtung betreibbar, d.h. Einspeisung in die Antenne (Empfangsfall) und Ersatz des Senders durch den Eingang eines Empfängers.

Hierzu 4 Blatt Ziichnungen

Claims (7)

19 IS Patentansprüche:

1. Als Bandpaßfilter mit Längs- und Querreaktanzen ausgebildete, in einem größeren Frequenzbe- *> reich mittels einer Gleichlaufvorrichtung durchstimmbare Anpassungsschaltung für die Einschaltung zwischen eine Hochfrequenzquelle und einen komplexen Verbraucherwiderstand, insbesondere eine Antenne, bei der in den Querzweigen zwei ι ο abstimmbare Parallelresonanzkreise vorgesehen sind, von denen dem in Übertragungsrichtung letzten eine Reaktanz (Koppelreaktanz) nachgeschaltet ist die sowohl der Einstellung des Transformatorverhältnisses als auch zur Änderung der Blindkomponente des komplexen Verbraucherwiderstands auf einen für die Anpassung erforderlichen Wert dient und bei der außerdem eine Einrichtung für die selbsttätige Einstellung dieses Anpaßvorganges vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, daß die als Querzweige geschalteten Parallelresonanzkreise über ein bei der Betriebsfrequenz die Phase um ein ungerades Vielfaches, Eins inbegriffen, von 90° drehendes Netzwerk gekoppelt sind, daß für jeden der beiden Parallelresonanzkreise eine Einrichtung zur Messung des Betrages der daran stehenden Wechselspannung vorgesehen ist. und die Koppel reaktanz derart in ihrem Wert verändert wird, daß die Beträge der beiden Wechselspannungen an den Parallelresonanzkreisen ein der geforderten Transformation entsprechendes Verhältnis haben, und daß eine weitere Meßeinrichtung zur Bestimmung des Betrages derjenigen Wechselspannung vorgesehen ist, die in der Übertragungsrichtung zwischen den beiden Parallelresonanzkreisen im Längszweig abfällt und die Abstimmung des der Koppel reaktanz benachbarten Parallelresonanzkreises so verändert wird, daß der Betrag der in Längsrichtung gemessenen Wechselspannung in einem der geforderten Kompensation der transformierten Blindkomponente entsprechenden Verhältnis zu dem Betrag, der an einem der beiden Parallelresonanzkreise stehenden Wechselspannung steht.

2. Anpassungsschaltung nach Anspruch I mit drei abstimmbaren Parallelresonanzkreisen in den Querzweigen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Beträge der in zwei benachbarten Längszweigen abfallenden Wechselspannungen vorgesehen sind und das Verhältnis dieser beiden Spannungsbeträge als Kriterium zur Nachstimmung des der Koppelreaktanz benachbarten Parallelresonanzkreises dient.

3. Anpassungsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Phase um ein ungerades Vielfaches von 90° drehende Netzwerk als einfache Längsreaktanz ausgebildet ist.

4. Anpassungsschaltung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Phase um ein ungerades Vielfaches von 90° ^₀ drehende Netzwerk durch eine gerade Anzahl von als Querzweige geschalteten und auf die vorgegebene Betriebsfrequenz abgestimmten Parallelreso nanzkreisen gebildet ist, die über einfache Längsreaktanzen gekoppelt sind.

5. Mipassungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Parallelresonanzkreise in den Querzweigen Serienresonanzkreise in den Längszweigen vorgesehen sind, die über Querreaktanzen gekoppelt sind, und an Stelle der Spannungsmeßeinrichtungen entsprechend an die Resonanzkreise angeschaltete Strommeßeinrichtungen.

6. Anpassungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandpaßfilter einer. Zweig einer Weichenschaltung für die gemeinsame Anschaltung mehrerer frequenzverschieden arbeitender und vorzugsweise unabhängig voneinander frequenzveränderbarer Sender an einen komplexen Verbraucherwiderstand bildet

7. Anpassungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichlaufabstimmung des Bandpaßfilters mit den Abstimmorganen des zugehörigen Senders gekoppelt ist