DE2023903A1

DE2023903A1 - Antennenabstimmsystem mit Uberlastungs kompensation

Info

Publication number: DE2023903A1
Application number: DE19702023903
Authority: DE
Inventors: James Ralph Barrington 111 Cherry (V St A) P
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1969-05-15
Filing date: 1970-05-15
Publication date: 1971-04-08
Also published as: US3600684A; FR2047733A5; GB1267907A; DE2023903B2

Description

PATEMTANWALT \

8 MÜNCHEN 71, 15«Mal 1970

MelchiorstraBe 42

Mein Zeichen:

Motorola, Inc.

9401 West Grand Avenue

Franklin Park. Illinois

?.3t,A.

sit UberlastungBkoiapeiiaafcion

Die Erfindung betrifft sin Antennenabstimmsystem für ßignalempfanger, des ©inen abst.iiüiabaren Koppelkreis umfasst, der eine Antenne mit einem HF-Verstärker verbindet, wobei die Abs3tiinmuag isit Hilfe eines spannungsabhängig veränderliehen Vor« apannungspotentials erfolgt.

Die 1098-15/1238

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Die Verwendung von spannungsabhängig veränderlichen Halbleiter-Kapasitätßdioden zm& elektronischen Abstiiifflen. von HF-Empfängern bietet ein© vielseitig© MöglieWrait für den Schaltungeaufbau dieser Empfänger,, Dies© HoglicKteiten sind besonders günstig für in Fahrzeugen eageoröaet© HF-Eapfanger, für welche es. wünschenswert ist, dass die Abstimmung von einer od©r mehrere» entfernt gelegenen Stollen aus innerhalb d©s Pateseugs ©rfolgt» Die Verwendung von spannungsabhängigsn Kapazitätefiioden zvm AbBtinimeia von Schaltkreisen ist öedoeh mit einigen Hachteilen verbunden, insbesondere v;enn HF-Signal© Bit hohem Signalpegel

ampfengen werden»

ist_Φ spricht sie auf &©n Sigaalpegel des angel©gtea Signales on₉ wobei bei verhältnismässig hohen Signalpegein ein© teil«·, weise Gleichrichtung d©s angelegtes. Sigaala diareh die Kapazi·= tätsdiode arfolgeii kaim_o Dadioreh aadert sich di® Gleichvor». spanniiög der 3iode_s nas zu einer ¥ersehl®eht@riang d©r W: weis® auf^und der geändertes Kapazitätswert© der in Sparr= richtung vorgespannten Kapn^itätsdiod® flferea rad ein© V©r<= Stimmung des Schaltkreis©!

Ferner nimmt mit ansteigender Fr®qn®&%^ auf welche die Koppel

schaltung abgestimmt ist, die so dass an dem von dieser ein. grosseres Signal er der mit der Kapazitätsdiode konstant bleiben.

di© übrigen Impedanzen
geschalteten Elemente

Dieser Hechteil wirkt sich stufen aua, eo dass es wünecte den, um das Einwirken heber hängig veränderlich© zwischen der Antenne wad dem hindern. Als Nachteil kaaa l

ungünstig la

ist,, eia© Losung zu fin«

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der Reaktanz des Abstimmkondeiisators auswirken, so dass es wünschenswert istj diese weitgehendst auszuschalten*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antennenabstimmeysteiß für Signal empfänger zu schaffen, bei dem eine. Überlastung des abstiimabaren Koppelkreises zwischen der Antenne und ö.em eiagangsseitigen HF-Verstärker kompensiert Korden kann,, wobei insbesondere der Frequenzabhängigkeit der Eoaktsnz des Abstiiarakondensators entgegengewirkt und eine ■ ^mindest teilweis© Gleichrichtung grosser Signalpegel an der Kapazitätsdiode unterdrückt werden soll·

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Autsnnenabstimmsysteis erfin&ungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen das spannungsabhängig veränderliche Reaktanzelement und die Antenne einerseits und den HP-Verstärker andererseits Ankoppelelemente geschaltet sind, dass das Ausgangs«- . signal des HF-Verstärkers zur Aasteuer-usg von Begeleinrich*-. tunken dient« die die ¥erStärkung des HF-=¥*spstärkere steuern, dass freeiuenzabhängig veränderliche Impedanzglieder in Serie zwa Reaktanzeleaent wirksam sind und beim Ansteigen der Irequenz der angelegten Signale eine zunehmende Impedanz auf-. weisen,., und dass an die frequenzabhängig veränderlichen Irapedanzglieder eine Steuerspannung enlegbar ist, um die ■.Impedanz in Abhängigkeit von der Amplitudenänderung der vom HF-? er stärker aus angelegten Signale zu ändern,, und um entsprechend der Impedanzänderung den^ignalpegel des am Reaktanz« element wirksamen Signals zu ändern.

'- -5 - Weitere

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Weiter© Sprüchen«

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Ij ;·-j3er321 Verständnis der Schaltung als Spannungsgenerator alt zugehörigen Kapazitäten dargestellt ist» Diese Antenne ist über sinen serienabgestiiaaiteen LC-Kreis 10 mit dem Eingang eines Hr-Verstarkers 11 verbunden der einen PNP-Transistor 12 in /s'isBohalians umfasst» Dia Signale vom LC-Kreis 10 werden an Me Bssia-Emiirfcerstrecke des Transistors 12 angelegt, der kol-...kt; or se It ig mit einera abgestimmten Kreis 13 verbunden ist* Ju es or abgestimmte Kreis 13 besteht aus einer mit einer An·=· versehenen Spule 14,, einem Trennkondensator 15 und fspannußgsabhängig veränderlichen Abstimmkondensator 16. Die beiden Kondensatoren liegen parallel zur Spule 14, Der Absi.liamkondensator 16 und die Spule 14 bilden für den HF-Verstärker einen Resonansßchwingkreis, der über einen bestimmten Froquenzbareich durchstimmbar ist»

Der. spannungsabhängig veränderliche Abstimmkondensator 16 ist als Halbleiteranordnung mit einem PN-Übergang und zwei An« ' eshiuBsklemmen ausgebildet und ändert seine Kapazität proportional der angelegten GIeioh-Sperrspannung. Abstimmkondensa·=' tor en dieser Art, welche mit zunehmender Sperrspannung die Kapazität verringern und damit den kapazitiven Widerstand vergrßssern, 3ind bekannt» Eine Verringerung der Sperrspannung wirkt sich in entgegengesetzter Weise aus, d.h. die Kapazität nimmt zu und damit der kapazitive Widerstand ab. Vorzugsweise w erden für derartige Abstimmkondensatoren Varaktordioden benutzt, die eine besonders grosse Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Sperrspannung aufweisen und daher eine Abstimmung über einen grossen Frequenzbereich zulassen.

Me Sperrvorspannung bzw. die Abet!abspannung wird den Abstimmkondensator 16 vom Schleifer eines Potentiometer« 20 ■ aus über einen Entkoppelwiderstand 21 zugeführt und an den

- 4a- Verbindungspunkt

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Verbindungspmikt swischea tea Äbst: frennkoiidensator 15 sngeXegis-o B©s- B

Lokalität vorgesehen e©ia «ä liefert ül©i©lüp 8t$hi3dlicher Grosse. für

Das voBi'Hesoaaii.zsshwiagte®is 13 üb©r cl@iä Abgriff .te? Spule 14 gelieferte ausgewählt© lE^Sigaai x-jird gn d®a -Eiagasg @iaer iiischst^fe 25 angelegt _s &θί^^ά Btmlte^ 13,ag®ag ait ä@a Sigaalen eines überlageimagBossillator© 26 fe©aiifs©M®gt isto Dieses Überlagerungaoaslllatoi* &®aa ©feeafgills isit Hilf© von ap®arauaga= abhängig

kann die Fr©q."aeaLzeiast©lIimg Potentioiaeter 20 Slber

die Mischstufe 25 aagele aeugtj das iß einea an8

und la ©iner Detektosütnf© 29 !©©©imli©^·! tsi?ä· DI© signale der Defeekto^stmf© 29 wssdea nils©® geführt und" eagelslieaseBi. flli die Äaüii?®t&@TOag ©iaes chers 31 verwendet· 11a Signal mm mfc@m@fei®©hm. ¥®2?sti?

regelung (AVH) wird worn B©f©kt©^ 29 nh<&% ©ia© teitiang 33

eine AYE-Stusfe geli©f©^"fe_s ©i@r©m Imi sistore 12 ia HF-VerstHspk©^ 11 regelung verbunden ist«

Neben den apaaimaga&bfe&isi in dem Reaoneyasseehiriagtoeis 1$ 26 ist ein weiterer kondensator 41 in des ssitive Impedana der Ant©fme 9 Xnpedans der Bßeib

Dieaer LC-Ereie umiarst formes? «la® ladralstivitlf ^O al«

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wesentlichen Bestandteil. An den Verbjjadungspux&t'des kondensators 41 mit einem f-reankondeasatox» 44 T&Lr&'übesp ®iaen weiteren Entkoppel.widerstand 42 die Außgangsspaasiag v-m Petea« tiometer 20 angelegt» Bie Kapazität des freaakoadenßfttöss ^4 ist derart ausgewsli.lt_f class si© wesentlich . grosser ist? als die Kapazität der übrigen Kondensatoren der Scfealtaag_t so ä.ase . .

sie mir einen ,geringen Sinfliiss auf die Wechselsteossigaale aufweist, während Ede die {S-leiehstromslgnale '/om Potentiometer 20 abtrennt·

Wenn. &ln derartiger HF-lnpfanger VGrjsKgsweie© als Autoradio. ^

Verwendung findet, ist die Antenne 9 als lapasitiv© i%itss&®B antenne ausgeführt unü mrd im BrsatsscMalt"blld^:als generator Esit einer durch ä®n Kondensator ^& sysbo Kapazität dargestellt,, welohe in Serie sur<K&pasität des kondensator, s 44 und des Abstiiaffifcondensatörs 41 liegt,gtatsätslieh, sind v/eitere Kapazitäten nach Masse voriiaaaeÄ, die primär als Streukapajsitäten im Jiai^el. sMA^risten," .wslete,®© die BeI¹Isehen-"antenne sait dem EF-E^fängar ^s^feii»^!;- Biese Kapassitite» gimä mit dem AbleitkondessatiOP .4~» 'n-^i^^^s, ν „IvJ-ar swisefeesi'dem Vsr* bindungspunkt der KonueiiBaftorff-ii 44 iie^ 43 ^a?! Hsssi? l,i@gt_a UiB den EF-Empfänger derart abzustimmen* dass er das noffssoler^eise empfeigene AM^Band erfasst,, kann ein weiterer Ableitkoadensator 50 parallel zum Antennenau&gang Yorgeselieia sein, der ebenfalls awischen dem Verbinaungspunkt der Kondensatoreii 44 und 48 und ,. Kasse liegt. Ser Kapazititewart des Ableitkondeneatoce 50 seilte so ausgewählt werden_t dass das für die Durchetimmuag des AH-Bandes erforderliche KapazitätETerhältaie Ia Zusananenwirtomg mit den parallel liegenden Kondensatoren 48 und 49 und um in Serie zu der Parallelschaltung liegenden Kondensator 44 gewiteleistet ist.

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3©doch kann derselbe Signalpegel bei höheren. Frequenzen ausreichen,, um zumindest ©ine teilweise Gleichrichtung auszulösen«

öl© Wechsolstromübiärlastung aufgrund starker Antennensignale und f©x*n©r die fröquenzabhängige Veränderung der Reaktanz der Kap&sitsltsdio&e. zu kompensieren, ist die Induktivität 40 mit einer 3©Irandär wicklung 60 versehen, die in Serie zu einem Iapedanzelsmant 51 in Form eines Feldeffekttransistors zwischen eine positive Potentialquelle und Hasse geschaltet ist· Die Spannung sur automatischen Verstärkungsregelung von der ÄYB-Stufe 34 wird an den Varbindungspunkt der Basis des Transistors 12 mit dem Widerstand 57« angelegt. Zusätzlich zur automatischen Verstärkungsregelung bewirkt diese Spannung eine änderung dor Bingangsimpödanz des Transistors 12 für die HF-Signal®„ in den die Impedanz der Basis-Emitterstrecke, W3l€ho in Serie zu dem abstimmbaren LC-Kreis 10 liegt, geändert wird»

Usnn die Spamxung zur automatischen Verstärkungsregelung in Abhängigkeit von einem ansteigenden Signalpegel grosser wird, ändert sich die Vorspannung an der Basis des Transistors 12 dorart, dass der Traneistor weniger leitet. Dies äussert eich als Vergrößerung der wirksamen Eingangsimpedanz der Basis-Emitterstreck® bezüglich der Ausgangsinpedanz des LC-Krelsee. Iy;: a it ergibt sich ein grosser er HF-Spannungsabfall an der i!'iilti;-:.x'n-::recko des Transistors 12, so dass die HF-Spannung an A^stiiiirikondennator 41 sich mit ansteigenden Antennensignalen nicht v^?^cöüMort. Die am Abstinekondensator 41 wirksame HF-Spannung i»t somit auf einen Wert begrenzt, der unterhalb demjenigen Wert liegt, bei welchem die als Trennlcondensator 41 verwendete Diode das WechselstroMsignal zumindest teilweise gleichrichten würde.

- 9 - üb

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Um eine ausreichende Kompensation über den gesa©t@n Betriebsfrequenzbereich der Schaltung vorzusehen, wird©, wenn man nur die Impedanzänderung der Ba©is-SBitt®rstreeke des Xrezisistors 12 als veränderlichen Widerstand zur Begrenzung das an der Kapazitätsdiode 41 liegenden !!»Signals verwendet, eine Impedanz notwendig sein, die gross genug ist, den gewünschten Schutz auch bei der nsaxiasalea frequenz zu gewähren_s auf welcher dor LG~Kreis 10 abgestimmt werden kann, wobei diese Impedanz wesentlich grosser seia kass als die für die Kompensation bei niederen Preque&sen erforderliche Iiapedanz» In diesem Fall würde für ein© verhältni&ssassig nieder© Betriebsfrequenz die in Serie zur Kapazitätsdiode liegend© Impedanz unnötig gross sein«,

Diü gewünschte frequenzabhlliigig veränderli©he Impedaas in Serie zu der Kapazitätsdiode kann dureh das induktive Ankoppeln einer veränderlichen Impedanz an Si® Induktivität 40 geschaffen wenden· Aus dem Sacpsriaeat ergibt sich z»3»₉ dass für ein HF-Signal von 1 ¥ölt die Spannung an der Kapazitäts^ diode 41 ζ·Β· jauf ungeflfer 0_sl ¥olt begr@sa.st sein sollt©» Biese Bedingung^ führt für den in Serie zur Eapassltatsdiod© 41 liegenden Widerstand zu einem, VJe»rt₉ der sieh für die frequenz f aus nachfolgender Formel errechnen lässt:

Der in dieser Gleichung aixf/tretende Wert für di® Frequeas fist notwendig'aufgrund der fatsecli©^ dass <äi© Kapasitätsdi©d© ■ 41 mit ansteigender Fremiens eine zunehmeBS® H^aktans aufw^ist ^Aus diesem ßrund- ist e& erforderlich, dea 8®piea«dte?stand mit ansteigender !frequenz zu eri&tShen, um den g@Mua3okt® abfall von 0,1 Volt a® d©F Kapazitätsöi©d© #1 bei li©fe@r beizubehalten» Ber Hiäeretantef-erlaiaf ₉ der sieb. ®as stehenden Gleichung ©reifet _β imi, weleütor ala giliaetig

wird _s ist in Fig* 2 ja it dar Ite\^Te A dargestellt»

Da &&F gei-iüasehte freque&ssabhängige Anteil nicht allein durch den von der autOK&tisch&n Verstärkungsregelung v©s»i2rsacfet©a v©r&nderlichdii Widerstand in Serie zur Kapazitätsdiode realisiert werden kannj ist um's Feldeffekttransistor 61 induktiv über die Sekundlinficklung 60 as den LC-Kr^iS angekoppelt, wo« mit si<5li ©in® --ikimaheruag der gewünschten Kurve A für den .Serien«= wider stand ersi©l©B, lässt* Der siisätsliche^ von ü.®r wicklung vtnä dem Feldeffekttransistor 61 abhängig© sollt® bei niedrigen' Frecpienss-en klein SeIn₁, wobei d©r bei ri-geia Si'Snalpegel hinzugefügte Wid©rsta»jß. s©hr kleia toswa ssiB sollt®. Diese Bedingung lässt; sieb für ai@d©r© Sigsalpegel einhalten_f da. die an die Steuerelektrode des Feldef fekttransistors 61 angelegte Steuer spannung von der AVR~Stttfe 3* genügend. 'klein i^?_s um den Feldeffekttrensistor als offene Setialteeg -n"irfeen zn lassen_t d.h. im. nicht leitenden.Sustand .au haltene .Unter dissen BedingaiigöE. wird die Schaltung von d@r RpSjaar«· wicklung €ύ und äem Feldefi'ökt1»raasist©r 61. aicMi beeinflusst«

dia Eegelspsnsiiag von ebss? A?£---"&ä«;fi2 saf ©iaim positiverem Wert ansteigt« wirkt .der Pelasffektto-asäsiefeGa? έΐ emfiaglich als ^§i^vfeältaisffiässig holi^, endliche ₉ in Serie aus? Sekmaiae-wiekliiag SO liegende .Impedmis5_s welche sisGueksaend kleiner wird alt an«* . steigender Regdlepfinsung· Mit zunehs'endeat Strom torch den fran» eisior 61 steigt die Vecheelstaroiais^edans der SekundSrwloklung -infolge der induktiYen Kospluag awiseken'de? InduktivltSt 40 und der Sekundärwicklung 60 an. Der Serienwiderstand ©iner Bc-*

für dio Schaltuag gemäss lig, 1'ergibt sieh aus

ρ ■ " -

formel: R .» af ~ + b, wobei b der Widerstand äer Basis«

Emitter strecke des Transistors 12 und das Wider Standes f>7 nn& feraer a » 4T²L /IL ist» In ai@s©a letzten Ausirwk wird

nit. L der .Induktivitätswert der Induktivität 40 mA ait E der

1 0 9 8 1 S t η 3-8 ParallÄwlder stand

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Parallelwider stand bezeichnet, der in die Schaltung über die SekundärwiekXimg 60 eingekoppelt

lim die in Figo 2 dargestellt© Idealkurve A möglichst weitgehend anzunähern _s wurde durch Eip©ria®nt ermittelt _{ dass, b » 250 Ohm trnd B * 6 000 Ohm bat der mittleren Betriebs« frequenz sein, so 11$ wenn in der Schaltung di© Kapazität; der KoMensatoren 44 ipid 48 uiaigefähr 30 pF und die resultierende Kapazität der Kondensatoren 4$ und 50 370 pF sowie die Induktivität 40 · 0,55 fflH ist α Um den gewünschten Wert für die Impe

des Widerstandes H au erhalten_s kann das Windungsver= hältais für die beiden Wicklungen der Induktivität 40 und der Sekundärwicklung 60 entsprechend eingestellt S3in₀ Mit den VOT&ueatehen&on Werte» für die ßöbaltungseleiiente liess sich eine Widerstendsänderung in Abhängigkeit von der Irecjuenz erreichen, wie si© durch die Kurve B gemäss Fig«, 2 beschrieben wir do Dies zeigt« dass die gewünschte Änderung des Serien=· Widerstandes in Abhängigkeit von der Frequenz, d.h» zunehmender Widerstand jait zunehmender Frequenz, durch die Schaltung geißäss der Erfindimg ersielbar ieto Durch eine Ver^grösserung der Impedanz des Feldeffekttransistors 61 für eine zunehmende RegelSpannung der AVB~Stufe kann ein© weitere Yergrööserung des Serienwiderstandes mit ansteigendem Signalpegel des eingangsßeitigen HF-Signals bei allen Bötriebsfrequenzen erzielt werden.

Somit wird durch die Schaltung geiaass der Erfindung eine sehr wirkungsvolle überlastungskompensation möglich, wobei sowohl für ansteigende Signalpegel des eingangsseitigen HP~Signais als auch für zunehmende Frequenzen die in Serie zu der Kapazitätsdiode liegende Impedanz entsprechend vergrössert wird, wobei dies unabhängig davon gilt, ob beide Bedingungen gleichzeitig oder einzeln auftreten«»

109816Λ1Ϋ38 Patentansprüche

Claims

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Patent, an epr ü ehe

intennonobstisraisysfceia für Signalempfänger, das einen abstin»mbar@n Koppelkreis umfasst, der eine Antenne mit eines HF-ITerstärker verbindet, wobei die Abstimmung.mit Hilfe eli&es spannungsabhängig veränderlichen Reaktanzelementes durch das Anlegen eines veränderlichen Vorspännungspotentials erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen das spannungsabhängig veränderliche Heaktanzelement (41) und die Antenne (9» 48) einerseits und den HF-Verstärker (11, 12) andererseits Ankoppelelemente (44, 40, 53) geschaltet sind, dass das Ausgangssignal des HF-Verstärkers zur Ansteuerung von Regeleinrichtungen (34) dient, die die Verstärkung des HF-Verstärkers steuern, dass frequenzabhängig veränderliche Impedanzglieder (40, 60, Quelle-Senkenstrecke von 61) in Serie zum Keaktanzelement wirksam sind und beim Ansteigen der Frequenz der angelegten Signale eine zunehmende Impedanz aufweisen, und dass an die frequenzabhängig veränderlichen Impedanzglieder eine Steuerspannung anlesbar ist, um die Impedanz in Abhängigkeit von der Amplitudenänderung der vom HF-Verstärker aus angelegten Signale zu ändern , und um entsprechend der Impedanzänderung

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den. Signalpegel des am Beaktanaeleraent iiirksaBsen Signals zu ändern.
2. Antennenabstimasysfcea nach Anspruch-1, dadurch ge-

Ie β η η ζ &JLjzJhj&~*Tir₉ dass die Regeleinrichtungen (3*0 ______„_-dersap1rmit den HF-Yerstlrker (1I₈ 12) verbunden sind, dass die an den HF-Ver stärker surüekgeführte Steuer spannung die Eingangsimpedanz des HF-Yerstärkers in Abhängigkeit von der Amplitude d©s Verstärkerausgangssignals verändert,
3. AntennenabstiiüBiajstem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum spannungsabhängig ν ar ander liehen Heaktanaeleiaent in Serie geschalteten Ankoppelelsmente aus indtiktiven Isapadanzgliedern (40, 60) bestehen, über welch© ©in frequenzabhängiges Impedanzeleraent in Serie angekoppelt ist.
4. AntennenabstiiHSsysteia nacii einem der Anspruch© 1 bis dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsabhängig veränderliche Beaktanzeleaent aus einem spannungsabhängig veränderlichen Kondensator besteht«,
5. AntennenabstimmsysteiB nach einem der Ansprüche 1 bis 4„

dadurch gekennzeichnet,, dass das Impedanz·»* element aus einem Transistor besteht, der in Serie zu dem als Sekundirwicklung ausgebildeten, induktiven lupe-» danzglied liegt und dessen Steuerelektrode 'nit der Steuerspannung beaufschlagt ist»
6. AntennenabstiMasystem aach einem der Amsprüefe© 1 bis dadurch gekenfiz@i@ltn@i, dass ά@τ ein Feldeffekttransistor

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in Serie zur Sekundärwicklung liegt, und dessen Torelektrode sit ύ,Βπ Regeleinrichtungen verbunden ist.

7ο Antennenslsstiaiasystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g ek ennzeichnet, dass die !Regeleinrichtungen als automatische Verstärkungsregelung ausgebildet sind, die eine Steuerspannung^£ua?^__ das Iffipedaiizelement liefern und dessen Leitfähigkeit mit ansteigendes Ausgangssignal am Hörverstärker erhöhen, um die in Serie zur Sekundärwicklung liegende Impedanz entsprechend au erniedrigen und dadurch die induktive Impedanz der Sekundärwicklung zu erhöhen, wodurch der Spannungsabfall &sr. spannungsabhängig veränderlichen Kondensator durch einen vergrösserten Spannungeabfall an dem Impedanz=' glied begrenzbar ist.