DE2012055A1 - Antennenkoppelschaltung - Google Patents

Description

Antennenkoppelschaltung

Die Erfindung betrifft eine Antennenkoppelschaltung für HF-Ger rate, über welche eine Antenne mit verhältnismässig hoher kapazitiver Impedanz mit einer HF-Stufe mit verhältnismässig nie-·· derer ohmischer Eingangsimpedanz koppelbar ist.

Bei Rundfunkempfängern ist es allgemein üblich, kapazitiv ab-? stimmbare Resonanzschwingkreise für induktive Antennen und induktiv abstimmbare Resonanzschwingkreise für kapazitive Antennen zu benutzen, um diese an eine Last anzukoppeln. Eine derartige Koppelschaltung gewährleistet ein besseres Signal-Geräuschverhältnis für diese beiden unterschiedlichen Antennentyperi.

Die bei Kraftfahrzeugen üblichen Peitschenantehnen, die einen verhältnismässig niederen Blindwiderstand und geringes Gewicht aufweisen, besitzen typischerweise eine verhältnismässig hohe

Ρε/wi kapazitive"

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kapazitive Impedan::« Es ist daher üblich, eine induktive Abstimm ong zu benutzen, um eine derartige Antenne an die Eingangsstufe eines im Kraftfahrzeug angeordneten Rundfunkempfängers anzupassen.

Mit zunehmendem Interesse an einer Fernabstimmung von Autoradios ist es notwendig, elektronische Abstimmeinrichtungen zu verwenden, um umständliche mechanische Abstimmeinrichtungen zu vermeiden· Die Verwendung von spannungsabhängig veränderlichen Kondensatoren in For α von Varaktoren oder Dioden mit sehr steiler Charakteristik, machen eine derartige elektronische Abstimmung möglich, wodurch es notwendig wird, den Hundfunkempfänger mit Hilfe einer veränderlichen Kapazität anstelle einer veränderlichen Induktivität abzustimmen. Ferner ist es nötig, die verhältnismässig hohe Impedanz der Antenne an eine verhältnismässig niedere Eingangsimpedanz eines transistorisierten HF-Verstärkers anzupassen, um die gewünschte Selektivität zu erhalten.

Der Erfindung liegt d' Aufgabe zugrunde, eine Antennenkoppe1-schaltung zu schaffen, um eine Antenne mit einem hohen Blindwiderstand an eine Last mit einer geringen ohmischen Impedanz anzupassen. Dabei sollen in der Koppelschaltung spannungsabhängig veränderliche Kondensatoren Verwendung finden.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Antennenkoppelschaltung wird diese Aufgabe erlindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Koppelschaltung einen serienabgestimmten LC-Kreis umfasst, der zwischen den Antennenkreis und die als Last wirksame HF-Stufe geschaltet ist und einen veränderbaren Kondensator enthält, alt dem die Koppelschaltung in einem bestimmten Frequenzbereich abstimmbar ist«

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

- 2 - ^: Bei

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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungs.form der Erfindung wird eine Antenne mit einem verbaltnismässig hohen Blindwiderst and an. eine Last mit einer niederen ohmisehen Impedanz angekoppelt, indem ein serienabgestimmter LC-Kreis Verwendung findet, der über einen bestimmten Frequenzbereich mit Hilfe eines spannungsabhängig veränderlichen Kondensators abstimmbar ist. .

Es ist auch vorteilhaft, parallel zu der Antenne mit einem hohen Blindwiderstand einen weiteren spannungsabhängig veränderlichen Kondensator zu.schalten und dessen Kapazität zusammen mit der Kapazität dee in Serie zwischen die Quelle und die Last geschalteten spannungsabhängig veränderlichen Kondensators au verändern. Damit wird eine erhöhte Leistungsübertragung bei höheren Betriebεfrequenzen bewirkt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung hervor· Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Schdibild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Verbindung mit der Schaltung gemäss Fig. 1 Verwendung finden kann.

In der Zeichnung ist ein AM-Rundfunkempfanger dargestellt, wobei gleiche Teile der beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind- Der AK-Rundfunkempfänger umfasst eine Antenne 9, die als Spannungsgenerator dargestellt ist ttnid über einen LC-Kreis 10 mit dem Eingang eines einen ΡϊϊΡ-Transistor 12 umfassenden HF-Verstärkers 11 verbunden ist. Die vom LC-Kreis angelegten Signale erscheinen an der .Basis-Emitterstrecke des

- 5 - FNP-Transistors 009887/1268

PNP-Tr ans ir» tors 12, dessen K.;Ilaktor mit einem Schwingkreis 13 verbunden ist. Der Schwingkreis 15 enthält eine mit einer Anzapfung versehene Spule 14- sowie einen Trennkondensator 15 und einen spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 16. Der spannungsabhängig veränderliche Kondensator 16 und die Spule 14 bilden zusammen den frequenzbestiramenden Schwingkreio des aus dem Transistor 12 bestehenden HF-Verstärkers.

Der spannungsabhängig veränderliche Kondensator 16 besteht aus einer Halbleiteranordnung mit einem HI-Übergang, die eine Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Änderung einer angelegten öleichvorspannung zeigt. Derartige spannungsabhängig veränderliche Kondensatoren sind bekannt, und ebenso deren Verhalten, wo mit ansteigender Sperrvorspannung am Kondensator dessen Kapazität abnimmt und die kapazitive Impedanz entsprechend ansteigt. Ein Abfall der Sperrvorspannung verursacht den entgegengesetzten Effekt, d.h. die Kapazität wird grosser, wobei gleichzeitig die kapazitive Impedanz abnimmt. Als spannungsabhängig veränderlicher Kondensator 16 findet vorzugsweise eine Varaktordiode mit besonders steiler Charakteristik Verwendung, da eine derartige Diode eine verhältnismässig groBse Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Vorspannung besitzt und damit eine Abstimmung über einen breiten Frequenzbereich möglich macht.

Die G-leichvorapannung bzw. die Abstimmspannung für den spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 16 erhält man vom Abgriff eines Potentiometers 20, der über einen Entkopplungswiderstand 21 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 16 und dem Trennkondensator 15 verbunden ist. Das Potentiometer 20 kann sowohl innerhalb des Hundfunkempfängers als auch ausserhalb.in Form einer Fernschaltung vorgesehen sein, mit der ein Gleichetrompotential unterschiedlicher Amplitude einstellbar ist.

- Hr - Paa

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Das eingestellte und vom Abgriff der Spule 14 des Schwingkreises 15 aur Verfügung stehende HF-Signal wird dem einen Eingang eines Mischers 25 zugeführt, an dessen anderen Eingang das Signal von einem Überlagerungsoszillator 26 angelegt wird, der ebenfalls, einen frequenzbestimmenden Schwingkreis mit einem spannungsabhängig veränderlichen Kondensator umfassen kann. Die Frequenz des Überlagerungsosaillators 26 kann ebenfalls mit Hilfe eines Vorspannungspotentials eingestellt werden, das vom Potentiometer 20 geliefert und über einen Koppelwiderstand 27 an den Ossiilator angelegt wird. Das verstärkte HP-Signal wird dem Osaillatorsignal vom Überlagerungsoszillator 26 im Mischer 25 überlagert, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal entsteht. Dieses Zwischenfrequenzsignal wird anschliessend in einem ZF-Verstär«- ker 28 verstärkt und in einem Detektor 29 demoduliert. Das demodulierte Signal wird einem NF-Verstärker 30 zugeführt, der . seinerseits einen Lautsprecher 31 ansteuert. Das vom Detektor 29 abgegriffene Signal zur automatischerl^erstärkungsregelung wird in herkömmlicher Weise über eine Leitung 33 an eine Regel?· schaltung 34 zur automatischen Verstärkungsregelung angelegt, deren Ausgangssignal der Basis des Transistors 12 im HF-Verstärker 11 zugeführt wird und damit die automatische Verstärkungsregelung im HF-Verstärker bewirkt. »

Die Koppelschaltung zwischen der Antenne 9 mit einer hohen kapazitiven Impedanz und der Basis-Emitterstrecke des (Pransi·* stora 12 mit einer relativ niederen Impedanz umfasst einen serienabgestimraten LC-Kreis mit einer Induktivität 40 und einem weiteren spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 ' als wesentliche Elemente. Das Ausgangssignal des Potentiometers 20 wird über einen dritten Entkopplungswiderstand an den Verbindungspunkt zwischen dem spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 und einem Trennkondensator 44 angelegt. Die Kapazität des Trennkondensators 44 wird wesentlich grosser ausgelegt als die Kapazität der anderen Kondensatoren des

- 5 - Schaltkreises

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Schaltkreises. Dadurch hat diese Kapazität einen verschwindend kleinen Einfluss auf die Wechselstromsignale, die in der Schaltung auftreten, obwohl sie die vom Potentiometer 20 gelieferten Gleichstromsignale abblockt.*

Wenn der Rundfunkempfänger gemäss Fig. 1 in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden soll, wird die Antenne 9 als kapazitiv belastete Peitschenantenne ausgeführt, was durch den Kondensator 48 angedeutet ist, der in Serie zum Trennkondensator 44 und zum spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 liegt. Ausserdem sind weitere Kondensatoren vorgesehen, die nach Masse geschaltet sind und im wesentlichen den Streukapazitäten entsprechen, die durch das Antennenkabel in die Schaltung eingeführt werden. Diese Kapazitäten werden in der Schaltung durch den Ableitkondensator 49 erfasst, der vom Verbindungspunkt des Trennkondensators 44 mit dem Kondensator 48 nach Masse verläuft. tJm den Hundfunkempfänger gemäss Pig. I derart abstimmen zu können, dass alle normalerweise empfangenen Frequenzen des AM-Bandes erfasst werden, kann ein weiterer Ableitkondensator 50 vorgesehen sein, der parallel zum Ausgang der Antenne 9 liegt und somit ebenfalls vom Verbindungspunkt des Trennkondensators mit dem Kondensator 48 nach Masse verläuft. Der Wert dieses Ableitkondensators 50 bildet zusammen mit der Parallelschaltung der Kapazität der Kondensatoren 48 und 49 und dem dazu in Serie geschalteten spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 die gewünschte Abstimmkapazität, die für die Durchstimmung des AM-Bandes benötigt wird.

In dem LC-Kreis ist ferner ein Widerstand 52 mit hoher Impedanz vorgesehen, der zwischen dem Verbindungspunkt des spannungsabhängig veränderlichen Kondensators 41 und der Induktivität 40 aus nach Masse verläuft und einen Gleichstromweg für die Abstimmung des spannungsabhängig veränderlichen Kondensators 41 darstellt. Der Widerstandswert des Widerstandes 52 ist

- 6 - vorzugsweise

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vorzugsweise sehr gross, so dass dieser Widerstand in der Schaltung für die Wechseletromeignale im wesentlichen ohne Einfluss ist. Um zu verhindern, dass die Abstimmepannnng für den spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 einen Einfluss auf den Arbeitspunkt des Transistors 12 ausübt, iet ein weiterer Trennkondensator 53 vorgesehen, der zwischen der Induktivität 40 und dem Emitter des Transistors 12 liegt· Gleich dem Trennkondeneator 44 wird für den Trennkondensator 53 eine Kapazität gewählt, die wesentlich über den anderen Kapazitäten des LC-Kreises liegt, so dass sie jedenfalls keinen Einfluss auf die Wechselstromsignale hat.

Der Gleichstromarbeitspunkt des Transistors 12 wird in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines Widerstandes 55» der zwischen einem positiven Potential und dem Emitter liegt, sowie einem Widerstand 5? eingestellt, der zwischen der Basis dee Transistors 12 und Hasse liegt·

Für den Betrieb der Schaltung gemäss Flg. 1 kann angenommen werden, dass der Eingangswiderstand des Transistors 12 Ib Bereich der Frequenz des AH-Bandes konstant 1st; wobei, wenn die unbelasteten Güten $ und C^ der Induktivität 40 und der Kondensatoren des abgestimmten LC-Kreises grosser eng·« nommen werden als die belasteten Güten Q und Qj₁ des Kreises, Q_L gleich co L/R^ ist. In gleicher Weise ist die 3dB-Bandbreite BW des Kreises gleich f/Qj,» wobei f die Frequenz ist, auf welche der Kreis abgestimmt ist. Bei einer Bandbreiten-Extrapolation kann gezeigt werden, dass BW gleich Rj/2rL let, wobei R_L die Eingangsimpedanz des Transistors 12 darstellt und L den Wert der Induktivität 40. Diese Gleichung lässt sich aus der vorausgehenden Gleichung ableiten, da In bekannter Weise co gleich 2Tf ist. Daraue ergibt sich, dass die Bandbreite des Kreises konstant bezüglich der Frequenz let, da alle Frequenzanteile aus der Gleichung entfallen. Durch eine entsprechende Ableitung kann gefunden werden, dass die

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am Eingangswiderstand des Transistors 12 zur Verfügung stehende Eingangsspannung E folgenden Uert hat:

Dabei ist E_ die durch die Antenne 9 angelegte Spannung. Da für die Leistung gilt, dass P gleich E²/R_T ist, ergibt sich auch daraus, dass die Leistungjfrequenz^unabhängig ist, da in dem Ausdruck für die Leistung keine Frequenzkomponenten auftreten·

Damit ist es möglich, einen LC-Kreis, der die Induktivität und den spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 umfasst, über einen relativ grossen Bandbereich bezüglich der Resonanzfrequenzen abzustimmen, wobei die Signalbandbreite über den gesamten Abstimmbereich und die dem Transistor 12 des HF-Verstärkers zugeführte Leistung konstant sind. Es wurde festgestellt, dass der abstimmbare LC-Kreis in Verbindung mit einer Diode als spannungsabhängig veränderlicher Kondensator 41, die eine besonders steile Abstimmcharakteristik besitzt, eine Abstimmung mit 10 kHz konstanter Bandbreite bei einer Abstimmung über einen Frequenzbereich von 535 kHz bis 1620 kHz ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Verwendung einer automatischen Verstärkungsregelung, wobei die von der Regelschaltung 34 erhaltene Regelspannung an den Verbindungspunkt der Basis des Transistors 12 mit dem Widerstand 57 angelegt wird. Diese Regelspannung bewirkt eine Änderung der Eingangsimpedanz des Kondensators 12, so dass bei einer ansteigenden Regelspannung und dem damit verringerten Stromfluss im Transistor 12 ein Einfluss bewirkt wird, der sich als VergrSsserung der Eingangsimpedanz des Transistors 12 bezüglich des Auegangssignals der Koppelschaltung darstellt. Ale Folge davon steigt die in dem LC-Kreis zur Verfügung stehende und am

~ 8 * spannungsabhängig 009887/1268

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spannungsabhängig veränderlichen Kondensator.41 wirksame HF-Spannung nicht an, wenn die Ausgangsspannung der Antenne zunimmt. Dadurch wird die Wechselspannung am spannungsabhängig veränderliehen Kondensator 41 auf einen Wert begrenzt, der unter, demjenigen Wert liegt, bei welchem die Diode Wechselstroiasignale zumindest teilweise gleichrichten würde. Eine solche Gleichrichtung von Wechselstromsignalen wurde eine Verschlechterung der Betriebsweise des Schaltkreises darstellen, da die Diode mit einer spannungsabhängig veränderlichen Kapazität aufgrund der Gleichrichtung eine Verstimmung erfahren würde«. Das Signal für die automatische Verstärkungsregelung; verhindert somit eine Verstimmung und ein Auswandern der Äbr stiminfrequenz neben anderen Verschlechterungen des Verhaltens, die auftreten, wenn eine automatische Verstärkungsregelung nicht verwendet wird·

Der in Figo 1 dargestellte Ableitkondensator 50 wird zu dem die Streukapazitäten des Kabels erfassender! Ableitkondensator 49 addiert, um die gewünschte Bandbreite zu erhalten. Wenn unterschiedliche Kabellängen Verwendung finden, muss der Kapazitätswert des Ableitkondensators 30 entsprechend der durch den Ableitkondensator 49 erfassten unterschiedlichen Streukapazitäten geändert werden. Es ist somit möglich, diese Koppelschaltung für Antennen zu verwenden, die in unterschiedlicher Entfernung vom Empfänger angebracht sind, ohne dass dadurch die optimale Betriebsweise der Koppelschaltung bzw. de$ Empfängers beeinträchtigt wird. .

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Koppelschaltung bzw. des IG-Kreises 10 dargestellt, welcher anstelle des entsprechenden IC-Kreises gemäss Fig. 1 Verwendung finden kann. Bei der parktiechen Verwendung der Koppelschaltung gemäss Fig*l tritt eine Verschlechterung des Signal-Geräuschverhältnisses auf, wenn sich die Frequenz, auf welche die Koppelschaltung abgestimmt ist, dem oberen Bandende nähert. Dies ist eine Folge

- 9 - ^der

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der verhältnismässig hohen Einfügungsverluate in der Koppelschaltung beim hohen Ende des Bandea. Um diese Verschlechterung des Signal-Geräuschverhältnisses aufgrund der in der Schaltung gemäss Fig. 1 tatsächlich vorhandenen Induktivitäten und Kapazitäten, deron Güte Q₁₁ mit ansteigenden Frequenzen abnimmt, zu kompensieren, und um die gewünschten Merkmale einer konstanten Bandbreite und einer relativ konstanten Leistung über den gesamten Abstimmbereich der Schaltung im wesentlichen aufrechtzuerhalten, ist ein zweiter spannungsabhängig veränderlicher Kondensator 60 vorgesehen, der ebenfalls vorzugsv/eise aus einer Varaktordiode mit einem besonders steilen charakteristisch3n Verlauf besteht und zwischen Hasse und den Verbindungspunk-c des Trennkondensators 44 mit dem spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 geschaltet ist· Der Kondensator 60 kann anstelle des Kondensators 50 verwendet werden oder auch zusätzlich zu diesem in der Schaltung vorgesehen sein. In jedem Fall ist die als spannungsabhängig veränderlicher Kondensator vorgesehene Diode derart gepolt, dass sie in derselben Weise durch das über den Kopplungswiderstand 42 zugeführte Vorspannungspotential wie die für den spannungsabhängig veränderlichen Kondensator 41 verwendete Diode vorgespannt ist; d.h. wenn das Vorspannungspotential eine Kapazitätsvergrösserung im Kondensator 41 auslöst, wird entsprechend die Kapazität des Kondensators 60 vergrossert. Entsprechend wird auch durch das über den Entkopplungswiderstand 42 am Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 41 und dem Kondensator 60 angelegte Vorspannungspotential eine Kapazitätsverringerung des Kondensators 41 und ebenso des Kondensators 60 bewirkt.

Die beiden die spannungsabhängig veränderlichen Kondensatoren 41 und 60 darstellenden Dioden werden gleichzeitig in derselben Richtung durch ein Gleichstroapotential vorgespannt, das vom Potentiometer 20 aus über den Entkopplungswiderstand

- 10 - 42

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h-2 angelegt wird. Da die dem Transistor 12 zugeführte Leistung in etwa proportional dem Quadrat der· am Transistoreingang lieyenden Spannung E ist, bewirkt die Schaltung gemäss Pig, 2 eine Verbesserung des Signal-Geräuschverhältniasee, insbesondere am oberen Ende des Bandes, da für die Spannung E gilt:

^C60

wobei E die Spannung darstellt, die von der Antenne 9 aus a

angelegt wird. Wenn somit die Kapazität des Kondensators 60 durch das Vorspannungspotenti«! verringert wird, das zu einer entsprechenden Verringerung der Kapazität des Kondensators 41 zur Abstimmung des Kreises auf höhere Frequenzen Verwendung findet, wird mehr Leistung von dem LC-Kreis aus den Eingang des Translators 12 angeboten, wodurch man ein besseres Signal-GeräuBchverhältniß erhält. Die Bandbreite der Schaltung gemäss Fig. 2 ist über den gesamten Abstimmbereich, wie vorausgehend erklärt, näherungsweise konstant. Auch in anderer Hinsicht arbeitet die Schaltung gemäss Fig. 2 im wesentlichen wie die Schaltung gemäss Fig. 1.

Auch durch die Gegeneinanderschaltung der für die spannungsabhängig veränderlichen Kondensatoren 16 und 41 verwendeten Dioden wird eine Verringerung der Verzerrung und ein besseres Temperaturverhalten der beiden Dioden bewirkt.

Vorausstehend-wird eine Antennenkoppelschaltung beschrieben, mit der eine Antenne mit hoher kapazitiver Impedanz an einen Verbraucher mit verhältnismässig niederer Impedanz in Form der Eingangsschaltung eines Transistorverstärkers geschaltet wird. Diese serienabgestimmte Koppelschaltung umfasst zumindest eine Varaktordiode, die in Serie zu einer Induktivität geschaltet ist. Kit Hilfe einer Gleichvorspannung wird die Vorspannung an der Diode geändert, um deren Kapazität zur Abstimmung der

- 11 - Koppelschaltung

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Koppelschaltung Innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes zu ändern. Die Koppelschaltung überträgt eine konstante Leistung bei einer konstantenjßandbreite von der Antenne zu der angeschlossenen Last in einem verhältnismassig grossen Frequenzbereich, wobei sie nur eine verhältnismassig begrenzte Kapazitätsänderung für di> Kapazitätsdioden benötigt.

- 12 - Patentansprüc he

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   Ι»] Antennenkoppelschaltung für HF-Geräte, über welche eine Antenne mit verhältnismässig hoher kapazitiver Impedanz mit einer HF-Stufe mit verhältnismassig niederer ohmischer Eingangsimpedanz koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelschaltung (10) einen serienabgestimmten LC-Kreis umfasst, der zwischen den Antennenkreis und die als Last wirksame HF-Stufe (11) geschaltet ist und einen veränderbaren Kondensator (41) enthält, mit dem die Koppelschaltung in einem bestimmte]! Frequenzbereich abstimmbar ist.

   2, Antennenkoppelschaltung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz der kapazitiven Antennenschaltung zumindest um eine Grössenordnung grosser ist als die Impedanz der anzuschliessenden Last.

   3. Antennenkoppelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass der veränderbare Kondensator aus einem spannungsabhängig veränderlr.chen Kondensator besteht, und dass Vorspannungseinrichtungen (2O₁ 42) vorhanden sind, über welche eine Vorspannung an den spannungsabhängig veränderlichen Kondensator anlegbar ist, um die Kapazität in einem bestimmten Bereich zu ändern.

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   Anteiiiienkopp^lschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter spannungoabhängig veränderlicher Kondensator (60) vorhanden ist, der parallel zur Antennenausgangsschaltung liegt und einen Anstieg der Leistungsübertragung von der Antenne zur Last bewirkt, wenn der erste spannungsabhängig veränderliche Kondensator auf zunehmend höhere Frequenzen abgestimmt ist.