DE19818003A1 - Rundfunksendeanlage - Google Patents

Abstract

Bei einer Rundfunksendeanlage mit wenigstens einem Sender und wenigstens einer Sendeantenne, welche Sendeantenne zur Impedanzanpassung über eine Kapazitäten und Induktivitäten enthaltende Anpassungsschaltung (13) an den Ausgang des Senders angeschlossen ist, wird eine verbesserte Anpassung und ein gleichzeitiger Schutz des Senders dadurch erreicht, daß die Anpassungsschaltung (13) eine erste, als Bandpaß ausgebildete Anpassungs-Teilschaltung (15) umfaßt, deren Ein- und Ausgang über gekoppelte Induktivitäten (17, 18) miteinander in Wirkverbindung stehen, und daß der ersten Anpassungs-Teilschaltung (15) wenigstens eine zweite Anpassungs-Teilschaltung (16) in Serie geschaltet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Rundfunktechnik. Sie betrifft eine Rundfunksendeanlage, insbesondere für den Langwellen-, Mittelwel­ len- oder Kurzwellenbereich, mit wenigstens einem Sender und wenigstens einer Sendeantenne, welche wenigstens eine Sendeantenne zur Impedanzanpassung über eine Kapazitäten und Induktivitäten bzw. Leitungstransformatoren enthal­ tende Anpassungsschaltung an den Ausgang des wenigstens einen Senders angeschlossen ist.

STAND DER TECHNIK

Rundfunksender für den Langwellen- und Mittelwellenbereich haben bei der Be­ triebsfrequenz (z. B. 882 kHz bei einem Mittelwellensender) meist eine Aus­ gangsimpedanz von 50 Ω (andere gebräuchliche Werte sind: 60, 75,100, 120, 150 Ω), während die Eingangsimpedanz der zugehörigen Sendeantennen bei der Sendefrequenz wesentlich tiefer oder höher liegt und bis zu mehreren 100 Ω (z. B. 900 Ω) betragen kann. Um die vom Sender abgegebene Leistung möglichst vollständig in die Antenne einkoppeln zu können und ein möglichst kleines VSWR und damit sowohl einen optimalen Abschluss des Senders sowie eine Vermei­ dung zusätzlicher Verluste auf der Speiseleitung zwischen Sender und Antenne durch zurücklaufende Leistung zu erreichen, werden zwischen den Senderaus­ gang und die Antenne Anpassungsschaltungen eingefügt, welche bei der Be­ triebsfrequenz eine Impedanztransformation von der Ausgangsimpedanz des Senders auf die Eingangsimpedanz der Antenne vornehmen (in diesem Falle ist es vorteilhaft, die Speiseleitung mit einem der Senderausgangsimpedanz ent­ sprechenden Wellenwiderstand zu wählen). Die Rundfunksendeanlage 10 hat dann den in Fig. 1 dargestellten prinzipiellen Aufbau, bei welchem ein Nutzsignal aus einer Nutzsignalquelle 11 in einen Sender 12 eingegeben wird und dort zur Amplitudenmodulation einer Trägerfrequenz verwendet wird. Das Sendesignal hoher Leistung am Ausgang der Speiseleitung 26 (Trägerleistung bei AM bzw. RMS oder effektive Leistung bei digitalen Modulationsarten - im Bereich von we­ nigen kW bis zu Megawatt, z. B. 100 kW) wird dann über eine Anpassungs­ schaltung 13 auf eine Sendeantenne 14 gegeben und von der Sendeantenne ab­ gestrahlt.

Die Anpassungsschaltung 1 umfasst üblicherweise eine Mehrzahl von Induktivi­ täten und Kapazitäten bzw. (bei Kurzwelle) Leitungstransformatoren, die in geeig­ neter Weise zusammengeschaltet sind. Eine bekannte beispielhafte Anordnung ist in Fig. 2 wiedergegeben. Die bekannte Anpassungsschaltung 13 gemäss Fig. 2 ist mittels zweier Schalter S1 und S2 umschaltbar ausgeführt. In einer ersten Schaltstellung der Schalter S1, S2 (in Fig. 2 dargestellt) besteht die Anpassungs­ schaltung aus einem T-Glied mit einer Serienschaltung aus zwei Kapazitäten C1 und C2 und einer zwischen beiden Kapazitäten C1, C2 parallel angeordneten Induktivität L1. In einer zweiten Schaltstellung (beide Schalter S1 und S2 umge­ schaltet) besteht die Anpassungsschaltung aus einem CL-Glied mit einer Serien­ kapazität C3 und einer gegen Erde geschalteten Induktivität L2. Alle Induktivitäten L1, L2 und Kapazitäten C1, . . ., C3 sind je nach Situation fix bzw. veränderbar aus­ gebildet.

Die herkömmliche Anpassungsschaltung 13 gemäss Fig. 2 ist zwar mit wenigen Elementen und daher sehr einfach aufgebaut, was bei den hohen Leistungen von Vorteil ist. Sie hat jedoch zwei wesentliche Nachteile: Zum einen ist die mit einer derartigen Schaltung erreichbare Bandbreite relativ klein, d. h., die Anpassung lässt sich nur bei der Mittenfrequenz des Sendesignals optimieren; an den Rän­ dern des übertragenen Frequenzbereiches dagegen ist die Anpassung ver­ schlechtert. So stellt beispielsweise bei einem AM-Signal das Stehwellenverhält­ nis VSWR mit einem Wert von mehr als 1,3 in den Seitenbändern einen ver­ gleichsweise hohen Wert dar. Hierdurch ergibt sich eine relativ hohe zusätzliche Belastung des Senders. Zum Anderen ist die Sendeantenne vom Senderausgang nicht galvanisch getrennt, was insbesondere bei Blitzeinschlägen in die Antenne oder in ihre Umgebung zu gefährlichen Transienten auf der Speiseleitung in Richtung Sender und in der Folge zu Beschädigungen der Speiseleitung sowie des Senders führen kann, wenn nicht besondere Schutzmassnahmen ergriffen werden. Diese Belastungen und Gefahren sind bekanntlich für herkömmliche mit Röhren bestückte Sender ungünstig. Sie sind aber besonders nachteilig und un­ erwünscht, wenn - wie dies z. B. in der EP-A1-0 649 225 beschrieben ist - der Sender als halbleiterbestückter Sender mit einer Vielzahl von parallel oder in Se­ rie arbeitenden, geschalteten Halbleiterbrücken ausgebildet ist. Schliesslich ist es im Hinblick auf eine digitale Signalübertragung im AM-Bereich, die zunehmend an Bedeutung gewinnt, wünschenswert, dass im Übertragungspfad vom Sender zur Antenne in der vorgegebenen Bandbreite der Abschluss des Senders durch einen möglichst frequenzunabhängigen, reellen Widerstand erfolgt, um lineare Amplitu­ den- und Phasenverzerrungen zu vermeiden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Rundfunksendeanlage zu schaffen, die sich durch ein im gesamten Übertragungsband stark verbessertes VSWR aus­ zeichnet, zugleich weitgehend unempfindlich gegen Blitzeinschläge in die Sende­ antenne ist, und die speziell hohen Impedanz- und Phasenganganforderungen im Übertragungsbereich für die digitale Modulation erfüllt.

Die Aufgabe wird bei einer Rundfunksendeanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Anpassungsschaltung eine erste, als Bandpass ausge­ bildete Anpassungs-Teilschaltung umfasst, deren Ein- und Ausgang über gekop­ pelte Induktivitäten miteinander in Wirkverbindung stehen, und dass der ersten Anpassungs-Teilschaltung wenigstens eine zweite Anpassungs-Teilschaltung parallel oder in Serie geschaltet ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Sendeanlage ist da­ durch gekennzeichnet, dass die zweite Anpassungs-Teilschaltung der ersten An­ passungs-Teilschaltung in Serie geschaltet ist, dass die zweite Anpassungs-Teil­ schaltung der ersten Anpassungs-Teilschaltung nachgeschaltet ist, dass die erste Anpassungs-Teilschaltung zwei miteinander verkoppelte Induktivitäten und zu jeder der Induktivitäten eine parallelgeschaltete Kapazität aufweist, und dass die zweite Anpassungs-Teilschaltung ein π-Glied mit zwei Kapazitäten und einer zwischen den Kapazitäten als Längsglied geschalteten Induktivität umfasst. Mit einer derartigen Konfiguration der Anpassungs-Teilschaltungen lassen sich über­ raschenderweise mit sehr einfachen Mitteln über die gesamte Übertragungs­ bandbreite sehr kleine VSWR-Werte erreichen.

Während die erfindungsgemässe Anpassungsschaltung in dem Abschnitt zwi­ schen Senderausgang und Antenne über die gesamte Bandbreite eine nahezu gleichbleibende Impedanz und konstante Phase, d. h. im Anpassungsfall einen Abschluss des Senders mit seinem optimalen reellen Ausgangswiderstand, er­ möglicht, ist es denkbar, dass sowohl innerhalb des Senders durch die Anpass­ kreise zwischen Leistungsstufe (Halbleiterschaltmodulen bzw. Endröhren) und Senderausgang sowie nichtlineare Effekte im Sender selber der Phasengang wie auch der Frequenzgang des Übertragungsmasses vom Eingang des Senders bis zum Eingang der Antenne innerhalb der zu übertragenden Bandbreite noch Schwankungen unterworfen ist. Um, insbesondere für digitale Modulationsarten, hieraus keine Nachteile hinsichtlich der Signalqualität zu erhalten, ist gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass innerhalb des wenigstens einen Senders zusätzliche Mittel vorhanden sind, wel­ che die im Sender innerhalb der Bandbreite auftretenden unerwünschten Ampli­ tuden- und Phasenänderungen kompensieren.

Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass der Sender eine durch eine Steuerungssoftware gesteuerte Signalverarbeitungsvorrichtung umfasst, in wel­ cher das aus der Nutzsignalquelle stammende Nutzsignal aufbereitet und nach der Aufbereitung an eine nachfolgende Leistungsstufe weitergeleitet wird, und dass in der Signalverarbeitungsvorrichtung Amplitude und Phase des aufbereite­ ten Nutzsignals über die Bandbreite so gesteuert bzw. verändert werden, dass die im Sender auftretenden Amplituden- und Phasengangänderungen kompensiert werden.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine Mehrzahl von Antennen, welche wahlweise mit einem oder mehreren Sendern verbindbar sind, ein Richtstrahlsystem bilden, und dass jeder der Antennen eine eigene Anpassungsschaltung zugeordnet ist, welche eine er­ ste, als Bandpass ausgebildete Anpassungs-Teilschaltung und wenigstens eine zweite in Serie geschaltete Anpassungs-Teilschaltung umfasst. Hierdurch wird ein Richtstrahlsystem verwirklicht, bei welchem über die gesamte Bandbreite eine optimale Einkopplung der jeweiligen Sendeleistung in die einzelne Antenne des Systems erreicht wird.

In einer ersten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Sendeleistung der einzelnen Sender wahlweise auf eine gemeinsame Hauptspeiseleitung aufschalt­ bar; die über die Hauptspeiseleitung übertragene Sendeleistung wird in einer am Ausgang der Hauptspeiseleitung angeordneten Lastverteilerschaltung auf ein­ zelne zu den Antennen führende Nebenspeiseleitungen aufgeteilt; in den Neben­ speiseleitungen sind jeweils Phasendrehregler zur Einstellung und ggf. Regelung der Phase an der jeweiligen Antenne vorgesehen; die Anpassungsschaltungen sind jeweils zwischen den Phasendrehreglern und den Antennen angeordnet. Diese Weiterbildung entspricht bekannten Anordnungen, wobei durch die erfin­ dungsgemässen Anpassungsschaltungen eine besonders hochwertige Richtcha­ rakteristik erreicht wird, die sich dadurch auszeichnet, dass innerhalb des abge­ strahlten Frequenzbandes keinerlei wesentliche Veränderungen des Strahlungs­ diagrammes auftreten.

Eine zweite Weiterbildung der Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Antenne über eine Nebenspeiseleitung ein eigener Sender zugeordnet ist, dass die Anpassungsschaltungen jeweils zwischen den Sendern und den Anten­ nen angeordnet sind, dass jedem der Sender das aus einer gemeinsamen Nutzsi­ gnalquelle stammende Nutzsignal über ein Stellglied zugeführt wird, durch wel­ ches Stellglied die Amplitude und Phase für den jeweiligen Sender eingestellt wird, dass das von dem Richtstrahlsystem abgestrahlte Signal von einer oder mehreren Messsonden bzw. Messantennen aufgenommen wird, und bei Abwei­ chungen der Messsignale von vorgegebenen Sollwerten eine Steuerschaltung über die Stellglieder die Amplitude und Phase für die einzelnen Sender zur Auf­ hebung der Abweichungen vorkorrigiert. Durch diese Art der aktiven Regelung im Zusammenhang mit den erfindungsgemässen Anpassungsschaltungen wird ein optimales Richtstrahlsystem verwirklicht, bei dem die Nullstellen auch im Über­ tragungsband ihre Form beibehalten.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam­ menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Rundfunksendeanlage mit Anpas­ sungsschaltung zwischen dem Sender, der Speiseleitung und der Sendeantenne;

Fig. 2 den beispielhaften Aufbau einer (umschaltbaren) Anpassungs­ schaltung nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 den Aufbau einer Anpassungsschaltung nach der Erfindung;

Fig. 4 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anpassungs­ schaltung nach Fig. 3 mit einem Bandpass und einem nachge­ schalteten π-Glied;

Fig. 5 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anpassungs­ schaltung nach Fig. 3 mit einem Bandpass und einem nachge­ schalteten LC-Glied;

Fig. 6 in einem Smith-Diagramm die berechneten Eigenschaften einer Schaltung nach Fig. 5 mit speziellen Werten für die Kapazitäten und Induktivitäten, wobei die Antenne durch eine Ersatzschaltung aus Induktivitäten, Kapazitäten und einem Ohmschen Widerstand im Bereich der Sendefrequenz in guter Näherung wirklichkeitsge­ treu nachgebildet ist;

Fig. 7 den zu der Schaltung nach Fig. 5 gehörenden berechneten Am­ plitudengang zwischen 0 und 2 MHz;

Fig. 8 einen vergrösserten Ausschnitt des Amplitudenganges aus Fig. 7 zwischen 0,86 und 0,91 MHz;

Fig. 9 die zu Fig. 6 gehörende Darstellung der Eingangsimpedanz der Schaltung aus Fig. 5 (transformierte Antennenimpedanz) nach Betrag (obere Kurve, um 50 Ω) und Phase (untere Kurve, wie er­ wartet um 0°) innerhalb einer Bandbreite von 0,872 bis 0,892 MHz (882 ±10 kHz);

Fig. 10 in einem Blockschaltbild ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Sendeanlage nach der Erfindung mit zusätzlicher interner Amplituden- und Phasenkorrektur im Sender;

Fig. 11 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Richtstrahlsy­ stem mit den erfindungsgemässen Anpassungsschaltungen in je­ der Nebenspeiseleitung; und

Fig. 12 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Richtstrahl­ system mit den erfindungsgemässen Anpassungsschaltungen in jeder Nebenspeiseleitung und einer aktiven Phasen- und Amplitu­ denregelung durch Vorkorrektur des Signals für jeden der in den Nebenspeiseleitungen angeordneten Sender.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Rundfunksendeanlage wiedergegeben. Die Rundfunksendeanlage 10 umfasst eine Nutzsignalquelle 11, einen Sender 12, in welchem das Nutzsignal aus der Nutzsignalquelle 11 mittels geeigneter Modu­ lationsart, im vorliegenden Beispiel z. B. Amplitudenmodulation, auf eine Träger­ schwingung aufmoduliert wird, und eine Sendeantenne 14, über welche das am­ plitudenmodulierte Sendesignal abgestrahlt wird. Der Ausgang des Senders hat in diesem Falle eine Impedanz von 50 Ω, während die Sendeantenne 14 (bei einem Mittelwellensender) beispielsweise bei λ/2-Türmen bei der Sendefrequenz einen Fusspunktwiderstand von mehreren 100 Ω aufweist. Zur impedanzmässigen Anpassung der Sendeantenne 14 an den Ausgang des Senders 12 ist zwischen beiden eine Anpassungsschaltung 13 vorgesehen, die im Stand der Technik für einen Mittelwellensender mit einer Betriebs- bzw. Sendefrequenz von 882 kHz beispielsweise den in Fig. 2 gezeigten Aufbau hat. Es sind jedoch auch andere Bauformen von Antennen bekannt, die bei der Sendefrequenz nicht schon aufgrund ihrer Länge in Resonanz sind. In diesen Fällen ist neben der oben ge­ nannten Impedanztransformation noch eine Kompensation des reaktiven Anteils nötig.

Die Anpassungsschaltung 13 aus Fig. 2 ist umschaltbar aufgebaut. Stehen die beiden Schalter S1 und S2 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung, ist zur Impedanz­ anpassung ein T-Glied aus zwei einstellbaren Serien-Kapazitäten C1 und C2 und einer einstellbaren Parallel-Induktivität L1 zwischen Sender 12 und Sendean­ tenne 14 zwischengeschaltet. Sind die beiden Schalter S1, S2 umgeschaltet, be­ steht die Anpassungsschaltung aus einer Serienkapazität C3 und einer Parallel-Induk­ tivität L2. Um die durch diese bekannte Anpassungsschaltung erreichbare Anpassung bewerten zu können, sollte ein Frequenzbereich betrachtet werden, der wenigstens das zu übertragende Frequenzband umfasst. Im vorliegenden Beispielsfall sollte also z. B. ein Frequenzbereich von 882 ±10 kHz, mit 882 kHz als der Mittenfrequenz oder auch Trägerfrequenz (bei AM-Betrieb), betrachtet werden. Innerhalb dieses Frequenzbereiches variiert bereits die Impedanz der Sendeantenne. Beispielhaft seien hier die folgenden typischen Werte bei ver­ schiedenen Frequenzen angegeben (anstelle der Darstellung nach Betrag und Phase wird hier die Darstellung nach Real- und Imaginärteil verwendet):

Wählt man nun für die Kapazitäten C1, . . ., C3 und die Induktivitäten L1, L2 die fol­ genden (optimierten) Werte:
C1 = 981,6 pF
C2 = 2439,8 pF
C3 = 1050,0 pF
L1 = 57,96 µH
L2 = 51,54 µH;
ergibt sich ein Stehwellenverhältnis VSWR von <1,3 bei (f₀±10 kHz). Ein solch hohes Stehwellenverhältnis stellt eine erhebliche Belastung der Leistungsend­ stufe des Senders dar und kann zusätzlich zu merklichen Verlusten auf der Spei­ seleitung Anlass geben. Ersteres ist nicht nur bei Röhrensendern sondern beson­ ders auch dann unerwünscht, wenn der Sender als halbleiterbestückter Sender ausgebildet ist, wie dies bei dem aus H-Brücken aufgebauten Sender der EP-A1-0 649 225 der Fall ist. Des weiteren wirkt sich ein hohes VSWR ungünstig auf die Übertragung digitaler Modulationssignale aus, da die zugrundeliegende Fehlan­ passung zu unerwünschten Verzerrungen des Amplituden- und Phasengangs innerhalb der Nutzbandbreite führt.

Die Erfindung stellt, insbesondere auch für einen solchen Halbleiter-Hochlei­ stungssender, eine Anpassungsschaltung zur Verfügung, welche nicht nur das Stehwellenverhältnis gegenüber dem Stand der Technik massgeblich verbessert, sondern darüber hinaus auch im Hinblick auf den Blitzschutz des Senders und der Speiseleitung deutliche Verbesserungen bringt und sich zusätzlich günstig hinsichtlich einer digitalen AM-Übertragung auswirkt. Der allgemeine Aufbau der Anpassungsschaltung nach der Erfindung ist in Fig. 3 wiedergegeben. Die Anpassungsschaltung 13 ist hier unterteilt in wenigstens zwei Anpassungs-Teil­ schaltungen 15 und 16, von denen die eine Anpassungs-Teilschaltung 15 zwei gekoppelte Induktivitäten 17 und 18 umfasst, über die der Sender 12 mit der Sen­ deantenne 14 in Wirkverbindung steht. Durch die gekoppelten Induktivitäten 17, 18 wird eine galvanische Trennung zwischen Sender 12 und Sendeantenne 14 erreicht, die statische Ladungen der Antenne abführt und eine direkte Einkopp­ lung von Strömen, die durch einen Blitzeinschlag in die Sendeantenne hervorge­ rufen werden, in den Sender sowie die Speiseleitung erheblich reduziert. Die Bandpasseigenschaften der gekoppelten Induktivitäten können dazu benutzt werden, eine gleichmässige Impedanztransformation über den gewünschten Fre­ quenzbereich zu erreichen.

Die bandpassartige Anpassungs-Teilschaltung 15 reicht für sich genommen nur in Sonderfällen, meistens jedoch nicht aus, um beispielsweise eine Impedanz­ transformation von dem 50 Ω-Senderausgang auf eine Antennenimpedanz von mehreren 100 Ω (z. B. 900 Ω) zu ermöglichen. Hierzu müsste nämlich die Kopp­ lung (k) zwischen den beiden Induktivitäten 17, 18 sehr hoch gewählt werden (z. B. k=0,56). Dies würde jedoch zu einem Frequenzgang der Anpassungs-Teil­ schaltung 15 führen, bei dem eine gleichmässige Anpassung über den gesamten Frequenzbereich von z. B. 882 ±10 kHz nicht mehr gegeben ist. Die Kopplung der Induktivitäten 17 und 18 wird daher vorteilhafterweise soweit reduziert (z. B. k=0,17), dass sich bei einer Transformation von 50 Ω auf 150 Ω ein ausgegliche­ ner Frequenzgang ergibt. Gleichzeitig wird der ersten Anpassungs-Teilschaltung 15 eine zweite Anpassungs-Teilschaltung 16 in Serie geschaltet, welche die rest­ liche Transformation bewirkt und so im Zusammenwirken mit der ersten Anpas­ sungs-Teilschaltung 15 die volle Impedanztransformation von 50 Ω auf Werte von z. B. 900 Ω und mehr gewährleistet. Auf diese Weise werden die Vorteile einer Bandpasslösung gewahrt und gleichzeitig die notwendige starke Impedanz­ transformation von mehr als 1 : 10 erreicht.

Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 4 dargestellt ist, umfasst die erste (bandpassartige) Anpassungs-Teilschaltung 15 zwei Induktivi­ täten L3 und L4, denen jeweils eine Kapazität C4 bzw. C5 parallelgeschaltet sind. Die zweite Anpassungs-Teilschaltung 16 ist hier als π-Glied ausgebildet und um­ fasst zwei gegen Erde geschaltete Kapazitäten C6 und C7 und eine diese verbin­ dende Längsinduktivität L5. Mit einer solchen Anpassungsschaltung lassen sich auf überraschend einfache Weise Stehwellenverhältnisse über die angegebene Bandbreite erreichen, die deutlich unter dem o.g. Wert von 1,3 liegen.

Es versteht sich von selbst, dass - ausgehend von der Schaltung gemäss Fig. 4 - die beiden parallel liegenden Kapazitäten C5 und C6 zu einer Kapazität zusam­ mengefasst werden können. Es ergibt sich dann für die erste Anpassungs-Teil­ schaltung 15 wiederum ein Bandpass (Fig. 5) mit zwei Induktivitäten L6 und L7 und zwei dazu parallel geschalteten Kapazitäten C8 und C9, und eine zweite An­ passungs-Teilschaltung 16 in Form eines LC-Gliedes mit einer Serien-Induktivität L8 und einer gegen Erde geschalteten Kapazität C10.

Für den o.g. Frequenzgang der Antennenimpedanz im Frequenzbereich von 882 ±10 kHz ist eine Anpassungsschaltung nach Fig. 5 gerechnet worden, wobei die erreichten Resultate aus den Fig. 6-9 ersichtlich sind.

Die Ergebnisse der Berechnungen sind in Fig. 6 in einem Smith-Diagramm ein­ getragen. Der (beispielhaft angenommene, typische) Verlauf der Antennenimpe­ danz über der Frequenz im Frequenzbereich zwischen 872 kHz und 892 kHz ist im Diagramm als Kurve a eingetragen. Kurve b zeigt die dazu korrespondierende Eingangsimpedanz am Eingang der herkömmlichen Anpassungsschaltung 13 nach Fig. 2 mit den weiter oben angegebenen Werten für die Elemente C1 bis C3 und L1, L2 (VSWR <1,3). Kurve c schliesslich zeigt die korrespondierende Ein­ gangsimpedanz, wie sie mit einer Anpassungsschaltung nach Fig. 5 (Bandpass + LC-Glied) erreicht wird. Man erkennt (gestrichelter Kreis), dass sich in diesem Fall ein VSWR von etwa 1,05 ergibt, was im Vergleich zum herkömmlichen VSWR von <1,3 eine ganz erhebliche Verbesserung darstellt und die gestellten hohen An­ forderungen in idealer Weise löst. Zur Berechnung wurde bei vorgenannter An­ tenne deren frequenzabhängige Impedanz durch ein Netzwerk aus Induktivitäten, Kapazitäten und einem Ohmschen Widerstand im Frequenzbereich 882 ±10 kHz wirklichkeitsgetreu angenähert.

Der sich aus dieser Berechnung ergebende Verlauf der Dämpfung (in dB) über der Frequenz (im Frequenzbereich 0 bis 2 MHz) ist in Fig. 7 dargestellt. Eine ver­ grösserte Darstellung der Dämpfungskurve für den interessierenden Ausschnitt des Frequenzbandes von 0,86 bis 0,91 MHz ist in Fig. 8 gezeigt und macht deut­ lich, dass der Amplitudengang der Schaltung zusammen mit der frequenzabhän­ gigen Eingangsimpedanz der Antenne in diesem Frequenzband ein nahezu ideales Plateau (hier: um -13,05 dB) aufweist. Eindrucksvoll sind auch die zuge­ hörigen und in Fig. 9 dargestellten Rechenergebnisse für den Verlauf der trans­ formierten Antennenimpedanz (obere Kurve in Fig. 9, die nur gering um den ge­ wünschten Wert von 50 Ω schwankt) und der Phase (untere Kurve in Fig. 9, die nur gering um 0° schwankt).

Eine Anpassungsschaltung der in Fig. 4 und 5 dargestellten Art schützt durch die Art ihres Aufbaus und durch das damit über die Bandbreite erreichbare gute Stehwellenverhältnis nicht nur den an die Antenne angeschlossenen Sender, sondern schafft auch optimale Voraussetzungen für digitale Modulationsarten. Für die digitalen Modulationsarten wird nämlich über die gesamte Bandbreite (im o.g. Beispiel 882 ±10 kHz) eine möglichst gleichbleibende Eingangsimpedanz bei konstanter Phase (möglichst 0 Grad) verlangt. Das beschriebene Anpassungs­ netzwerk erfüllt diese Bedingungen (für den Abschnitt des Pfad es zwischen Sen­ derausgang und Antenne) nahezu ideal. Hingegen ist es denkbar, dass sowohl in den Anpasskreisen innerhalb des Senders als auch durch weitere Nichtlinearitä­ ten der Amplituden- und Phasengang des Übertragungsmasses vom Eingang des Senders bis zum Eingang der Antenne noch weiteren Schwankungen unter­ liegt. Um diese (insbesondere für die digitale Modulation) zu vermeiden, können sowohl der Amplitudengang als auch der Phasengang über die Nutzbandbreite durch geeignete Steuerungssoftware so gesteuert oder geregelt werden, dass das gesamte Übertragungsmass optimal frequenzunabhängig wird.

Eine dazu geeignete beispielhafte Schaltung des Senders bzw. der Sendeanlage ist in Fig. 10 wiedergegeben. Der Sender 12 der Sendeanlage 10 umfasst eine Leistungsstufe 19 (beim Röhrensender die Endröhre(n); beim halbleiterbestück­ ten Sender die Schaltstufen), welche die Sendeleistung über einen internen An­ passkreis 20 am Ausgang 25 des Senders 12 abgibt. Die Leistungsstufe 19 ent­ hält das zu verstärkende Signal aus einer Signalverarbeitungsvorrichtung 18, wo das aus der Nutzsignalquelle 11 stammende Nutzsignal (Modulation) in geeigne­ ter Weise aufbereitet wird. Um die durch den internen Anpasskreis 20 sowie wei­ tere nichtlineare Effekte hervorgerufenen Änderungen im Übertragungsmass über die Bandbreite zu kompensieren, wird die Signalverarbeitungsvorrichtung 18 durch eine entsprechende Steuerungssoftware 17 so gesteuert (vorverzerrt), dass alle unerwünschten Schwankungen ausgeglichen werden. Auf diese Weise kommt der Vorteil der erfindungsgemässen Anpassungsschaltung 13 voll zur Geltung.

Die erfindungsgemässe Anpassungsschaltung kann aber auch mit Vorteil bei Richtantennensystemen bzw. Richtstrahlsystemen eingesetzt werden, wo eine Mehrzahl von Antennen gleichzeitig durch in der Phase und Amplitude entspre­ chend aufeinander abgestimmte Teilleistungen angesteuert werden, um insge­ samt eine gerichtete Abstrahlung zu erreichen. Die Richtstrahlcharakteristik ist einerseits erforderlich, um andere Antennensysteme und Funkdienste nicht zu beeinflussen; sie ist andererseits aber auch erforderlich, um definierte Gebiete abzudecken, die bezogen auf die Sendeanlage nur einen festgelegten Sektor aufspannen. Ein derartiges Richtstrahlsystem ist beispielhaft in Fig. 11 wiederge­ geben. Mehrere einzelne Sender TX1, . . ., TXn können über eine Matrix 21 (Parallel­ schalteinrichtung) entweder einzeln auf eine Hauptspeiseleitung HL geschaltet werden, oder sie können zur Leistungserhöhung zunächst parallel und dann auf die Hauptspeiseleitung HL geschaltet werden. Auf der Antennenseite wird die HF-Energie über Nebenspeiseleitungen NL1, . . ., NLn auf eine Mehrzahl von Antennen A1, . . ., An so aufgeteilt, dass die Leistungsverteilung (Amplitude) und die Phasen­ verteilung das gewünschte Richtstrahldiagramm ergibt. Dabei ist es unerheblich, ob die einzelnen Antennen A1, . . ., An dicht benachbart (Gruppenstrahler oder "array") oder räumlich voneinander getrennt sind.

Die Leistungsverteilung erfolgt über eine passive Lastverteilerschaltung 22 aus konzentrierten Elementen (Spulen, Kondensatoren) oder einer Parallelschaltung von Admittanzen, deren Suszeptanzen dem Leitungsverhältnis proportional sind. Diese Suszeptanzen können auch über Leitungstransformatoren realisiert wer­ den. Die Phasenverteilung wird durch Phasendrehregler PG1, . . ., PGn erzeugt, die in den Nebenspeiseleitungen NL1, . . ., NLn angeordnet sind, und die aus konzen­ trierten Elementen (Spulen, Kondensatoren) oder aus Leitungen bestehen. Dabei wird die Phasendrehung, die aus den Längen der Nebenspeiseleitungen NL1, . . ., NLn resultiert, berücksichtigt. Um die jeweils erforderliche Senderleistung optimal in die passiven Antennen A1, . . ., An einzukoppeln, werden die erfindungs­ gemässen Anpassungsschaltungen AS1, . . ., ASn benötigt, die so dimensioniert sind, dass eine optimale Einkopplung der Senderleistung nicht nur bei der Trä­ gerfrequenz (im o.g. Beispiel 882 kHz), sondern auch im Frequenzbereich z. B. des modulierenden Audiosignals (Nutzsignals) gegeben ist.

Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemässen Anpassungsschaltungen ermöglichen es aber auch, auf die in Fig. 11 gezeigte passive Lastverteilerschal­ tung 22 und die Phasendrehregler PG1, . . ., PGn zu verzichten, und statt dessen die Einstellung der Richtstrahlbedingungen durch eine aktive Einprägung über die Sender TX1, . . ., TXn selbst vorzunehmen. Die Sender TX1, . . ., TXn können dann sinnvollerweise zu den Antennenfuss- oder Speisepunkten hin verla­ gert verschoben werden, wobei durch Wegfall der Leistungs-Speiseleitungen Ko­ steneinsparungen wegen entfallender Installation und Wartung und wegen ver­ ringerter HF-Verluste zu erwarten sind. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein solches Richtstrahlsystem mit aktiver Einprägung ist in Fig. 12 dargestellt. Das modulierte Signal aus einer Signalquelle 24 wird hier über einen Referenzoszil­ lator ("master clock") den Sendern TX1, . . ., TXn zugeführt und von den Sendern direkt über entsprechende Nebenspeiseleitungen NL1, . . ., NLn und darin angeord­ nete (erfindungsgemässe) Anpassungsschaltungen AS1, . . ., ASn in die Antennen A1, . . ., An eingespeist. Ein oder mehrere Messsonden (Messantennen) M1, . . ., Mn im Gelände oder auf benachbarten Gebäuden empfangen das Signal, das von den Antennen A1, . . ., An abgestrahlt wird und melden ggf. Abweichungen in der Signalamplitude (gleichbedeutend mit Änderungen des Richtstrahldiagramms) an eine Steuerschaltung 23 zurück, welche über entsprechende Stellglieder SG1, . . ., SGn am Eingang der Sender TX1, . . ., TXn ("low power"-Seite) die Ansteue­ rung der Sender in Amplitude und Phase (im Sinne einer "precorrection") so steu­ ert, dass das gewünschte Richtstrahldiagramm bestätigt oder ggf. korrigiert wird. Es kann aber auch auf die Stellglieder SG1, . . ., SGn verzichtet werden, wenn die "precorrection" in den Sendern TX1, . . ., TXn selbst durch die jeweilige Sender­ steuerung erfolgt. Die Rückmeldung von den Messsonden M1, . . ., Mn kann über Kabel oder über Funk erfolgen.

Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine einfache und wirkungsvolle Anpas­ sung von AM-Rundfunksendern an die Sendeantennen, die sich durch ein stark reduziertes Stehwellenverhältnis über eine grössere Bandbreite auszeichnet und gleichzeitig eine galvanische Trennung zwischen Sender und Antenne bewirkt, und daher insbesondere für halbleiterbestückte Sender sowie beim digitalen AM-Rundfunk grosse Vorteile bietet.

Bezugszeichenliste

10

Rundfunksendeanlage

11

Nutzsignalquelle (Tonquelle)

12

Sender

13

Anpassungsschaltung

14

Sendeantenne

15

,

16

Anpassungs-Teilschaltung

17

Steuerungssoftware

18

Signalverarbeitungsvorrichtung

19

Leistungsstufe

20

Anpasskreis

21

Matrix (Parallelschalteinrichtung)

22

Lastverteilerschaltung

23

Steuerschaltung

24

Nutzsignalquelle

25

Ausgang (Sender

12

)

26

Speiseleitung
a, b, c Kurve
A1, . . ., An Antenne
AS1, . . ., ASn Anpassungsschaltung
C1, . . ., C10 Kapazität
HL Hauptspeiseleitung
L1, . . ., L8 Induktivität
M1, . . ., Mn Messsonde (Messantenne)
NL1, . . ., NLn Nebenspeiseleitung
PG1, . . ., PGn Phasendrehregler
S1, S2 Schalter
SG1, . . ., SGn Stellglied
Tx1, . . ., Txn Sender

Claims (11)

1. Rundfunksendeanlage (10), insbesondere für den Langwellen-, Mittelwel­ len- oder Kurzwellenbereich, mit wenigstens einem Sender (12), wenigstens einer Speiseleitung (26) und wenigstens einer Sendeantenne (14), welche wenigstens eine Sendeantenne (14) zur Impedanzanpassung über eine Kapazitäten (C1, . . ., C10) und Induktivitäten (L1, . . ., L8) bzw. Leitungstransformatoren enthaltende Anpassungsschaltung (13) an den Ausgang (25) des wenigstens einen Senders (12) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschaltung (13) eine erste, als Bandpass ausgebildete Anpassungs-Teilschaltung (15) um­ fasst, deren Ein- und Ausgang über gekoppelte Induktivitäten (L3, L4; L6, L7) mit­ einander in Wirkverbindung stehen, und dass der ersten Anpassungs-Teil­ schaltung (15) wenigstens eine zweite Anpassungs-Teilschaltung (16) parallel oder in Serie geschaltet ist.

2. Rundfunksendeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anpassungs-Teilschaltung (16) der ersten Anpassungs-Teilschaltung (15) in Serie geschaltet ist, und dass die die zweite Anpassungs-Teilschaltung (16) der ersten Anpassungs-Teilschaltung (15) nachgeschaltet ist.

3. Rundfunksendeanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die erste Anpassungs-Teilschaltung (15) zwei miteinander verkoppelte Induktivitäten (L3, L4 bzw. L6, L7) und zu jeder der Induktivitäten (L3, L4 bzw. L6, L7) eine parallelgeschaltete Kapazität (C4, C5 bzw. C8, C9) aufweist.

4. Rundfunksendeanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die zweite Anpassungs-Teilschaltung (16) ein π-Glied mit zwei Kapazitäten (C6, C7) und einer zwischen den Kapazitäten (C6, C7) als Längsglied geschalteten Induktivität (L5) umfasst.

5. Rundfunksendeanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die zweite Anpassungs-Teilschaltung (16) ein LC-Glied mit einer gegen Erde geschalteten Kapazität (C10) und einer in Serie geschalteten Induktivität (L8) umfasst.

6. Rundfunksendeanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche Sende­ signale mit einer vorgegebenen Bandbreite aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere bei einer digitalen Übertragung des Nutzsignals, innerhalb des wenigstens einen Senders (12) zusätzliche Mittel (17, 18) vorhanden sind, welche die im Sender (12) innerhalb der Bandbreite auftretenden unerwünschten Amplituden- und Phasenänderungen kompensieren.

7. Rundfunksendeanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (12) eine durch eine Steuerungssoftware (17) gesteuerte Signalverar­ beitungsvorrichtung (18) umfasst, in welcher das aus der Nutzsignalquelle (11) stammende Nutzsignal aufbereitet und nach der Aufbereitung an eine nachfol­ gende Leistungsstufe (19) weitergeleitet wird, und dass in der Signalverarbei­ tungsvorrichtung (18) Amplitude und Phase des aufbereiteten Nutzsignals über die Bandbreite so gesteuert bzw. verändert werden, dass die im Sender (12) auftretenden Amplituden- und Phasengangänderungen kompensiert werden.

8. Rundfunksendeanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Antennen (A1, . . ., An), welche wahlweise mit einem oder mehreren Sendern (TX1, . . ., TXn) verbindbar sind, ein Richtstrahlsy­ stem bilden, und dass jeder der Antennen (A1, . . ., An) eine eigene Anpassungs­ schaltung (AS1, . . ., ASn) zugeordnet ist, welche eine erste, als Bandpass ausgebil­ dete Anpassungs-Teilschaltung (15) und wenigstens eine zweite in Serie ge­ schaltete Anpassungs-Teilschaltung (16) umfasst.

9. Rundfunksendeanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung der einzelnen Sender (TX1, . . ., TXn) wahlweise auf eine gemein­ same Hauptspeiseleitung (HL) aufschaltbar ist, dass die über die Hauptspeise­ leitung (HL) übertragene Sendeleistung in einer am Ausgang der Hauptspeise­ leitung (HL) angeordneten Lastverteilerschaltung (22) auf einzelne zu den Anten­ nen (A1, . . ., An) führende Nebenspeiseleitungen (NL1, . . ., NLn) aufgeteilt wird, dass in den Nebenspeiseleitungen (NL1, . . ., NLn) jeweils Phasendrehregler (PG1, . . ., PGn) zur Einstellung und ggf. Regelung der Phase an der jeweiligen Antenne (A1, . . ., An) vorgesehen sind, und dass die Anpassungsschaltungen (AS1, . . ., ASn) jeweils zwi­ schen den Phasendrehreglern (PG1, . . ., PGn) und den Antennen (A1, . . ., An) ange­ ordnet sind.

10. Rundfunksendeanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antenne (A1, . . ., An) über eine Nebenspeiseleitung (NL1, . . ., NLn) ein eigener Sender (TX1, . . ., TXn) zugeordnet ist, dass die Anpassungsschaltungen (AS1, . . ., ASn) jeweils zwischen den Sendern (TX1, . . ., TXn) und den Antennen (A1, . . ., An) angeordnet sind, und dass jedem der Sender (TX1, . . ., TXn) das aus ei­ ner gemeinsamen Nutzsignalquelle (24) stammende Nutzsignal über ein Stellglied (SG1, . . ., SGn) zugeführt wird, durch welches Stellglied (SG1, . . ., SGn) die Amplitude und Phase für den jeweiligen Sender eingestellt wird.

11. Rundfunksendeanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Richtstrahlsystem (TX1, . . ., TXn; A1, . . ., An) abgestrahlte Signal von einer oder mehreren Messsonden bzw. Messantennen (M1, . . ., Mn) aufgenommen wird, und bei Abweichungen der Messsignale von vorgegebenen Sollwerten eine Steuerschaltung (23) über die Stellglieder (SG1, . . ., SGn) die Amplitude und Phase für die einzelnen Sender (TX1, . . ., TXn) zur Aufhebung der Abweichungen vorkorri­ giert.