DE2115740C3 - Einrichtung zur Anpassung einer Sendeantenne an die Ausgangsimpedanz der Endstufe eines Senders - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Anpassung einer kapazitiven Sendeantenne hinsichtlich des Real- und imaginärteiles ihres Scheinwiderstandes an die Ausgangsimpedanz der Endstufe eines Senders, insbesondere bei mit kurzen Peitschenantennen betriebenen, mit Transistoren arbeitenden Kurzwellensendern, unter Verwendung eines der Widerstandstransformation dienenden Breitbandtransformators zwischen dem Senderausgang und der Antenne und einer der Antenne vorgeschalteten, einstellbaren Serieninduktivitat. mit der die Kapazität der Antenne in Resonanz gebracht wird.

Ein wesentliches Entwicklungsziel bei modernen Kurzwellengeräten ist die einfache und fehlerfreie Bedienbarkeit auch durch weniger geübtes Personal.

Diesem Zweck dient die digitale Frequenzeinstellung an einem Synthesizer mit einer Empfängerauslegung ohne Vorselektion und die Verwendung von Breitbandstufen, die keine Bedienung erfordern. Im Gegensatz zur Empfängervorselektion kann man auf die Antennenan-ο passung des Senders jedoch auch bei Einschränkung der Anforderungen nicht verzichten. Will man nicht eine aufwendige und störanfällige Automatik vorsehen, so muß wenigstens dafür gesorgt sein, daß die notwendige Bedienung besonders einfach ist

Bei bekannten Antennenanpaßeinrichtungen werden die selektiven Transformationseigenschaften von Schaltungen mit Blindelementen ausgenutzt wobei man sich deren Verhalten zwar im »Smith-Diagramm« anschaulich klar machen kann, jedoch die Bedienung wegen der wechselweisen Abhängigkeit der Einstellung auf ein geschicktes Suchen hinausläuft Nur mit aufwendigen Auswerteschaitungen iassen sich dem Funker Kriterien anzeigen, die ihn zielsicher zur richtigen Abstimmung führen.

Es sind aber auch Schaltungen bekannt die zwar u. U. weniger universell aber dafür einfach zu bedienen sind. Der Grundgedanke besteht darin, den komplexen Antennenfußpunktwiderstand zunächst durch Serienschaltung eines entsprechenden Längswiderstandes reell zu machen (Resonanz der Antenne) und die reine Transformation des reellen Widerstandes dann am Tankkreis des Senders durch Auswahl eines passenden Abgriffs vorzunehmen. Der Stellbereich des Längswiderstandes richtet sich nach den zu erwartenden Antennenwiderständen. Häufig kommt man mit einer in Grob- und Feinstufen einstellbaren Induktivität aus. Die richtige Einstellung ergibt sich aus dem Antennenstrommaximum.

Insbesondere mobile Kurzwellensender müssen häufig mit ungünstigen Antennen betrieben werden. Üblich sind Peitschenantennen von etwa 2,5 m Länge an. Diese Antennen müssen auch bei Frequenzen um 1,5 MHz an den Sender angepaßt werden, da gerade diese Frequenzen zur Überbrückung kleiner Entfernungen benötigt werden. Aus dem gleichen Grund wird das Frequenzband meist auf den Bereich 1,5 MHz bis ca. 12 MHz beschränkt. Kurze Peitschenantennen haben in diesem Frequenzbereich einen kapazitiven Scheinwiderstand mit einem relativ niedrigen Realteil von

so einigen Ohm bis etwa 80 Ohm, der wesentlich vom Erdwiderstand mitbestimmt wird.

Beispielsweise in mit Transistoren bestückten Senderleistuügsverstärkern im Kurzwellenbereich muß die Ausgangsleistung einer größeren Anzahl von Transistoren zusammengefaßt werden, wenn eine Ausgangsleistung von ca. 100 W oder mehr erzielt werden soll. Die Senderschaltungen sind in diesem Fall notwendigerweise breitbandig, d.h. der Sender enthält keinen Schwingkreis im Ausgang, sondern der vorgesehene Lastwiderstand von z. B. 50 Ohm wird vielmehr durch Breitbandtransformatoren mit festem Übersetzungsverhältnis an die Transistoren weitergegeben, ohne daß bei der Bedienung des Gerätes hier eingegriffen werden könnte. Zur Einhaltung der Quaiitätsdaten (Linearität)

hi ist es daher erforderlich, mit dem Antennenanpaßgerät den vorgesehenen Abschlußwiderstand für den Sender sehr genau einzustellen.

Durch die US-PS 22 07 246 ist es auch bekannt, außer

einer einstellbaren Induktivität in der Zuführung zur Antenne for die Anpassung der Antenne an den Senderausgang einen als Sparübertrager ausgebildeten, sogenannten Breitbandübertrager zu benutzen. Der Kern dieses Breitbandübertragers besteht hierbei aus feinverteiltem ferromagnetischen Material, Der Breitbandübertrager ist derart dimensioniert, daß sein Streufeld so schwach ist, daß er im wesentlichen rein ohmisch wirkt Eine solche Ausführungsform ist jedoch nicht geeignet, zur Anpassung einer Antenne an einen konstanten Senderausgangswiderstand im Rahmen eines sehr großen Frequenzbereichs bei sehr schnellem Frequenzwechsel, weil der dabei durchlaufene Widerstandstraiisformationsbereich viel zu groß ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenabstimmeinrichtung zu verwirklichen, welche bei breitbandigen Sendeausgangsstufen ohne Schwingkreis, insbesondere bei Kurzwellensendern mit Transistoren, die an kurzen Peitschenantennen betrieben werden, eine Anpassung an die kapazitive Sendeantenne ohne großen Bedienungsaufwand ermöglicht

Ausgehend von einer Einrichtung zur Anpassung einer kapazitiven Sendeantenne hinsichtlich des Real- und Imaginärteiles ihres Scheinwiderstandes an die Ausgangsimpedanz der Endstufe eines Senders, insbesondere bei mit kurzen Peitschenantennen betriebenen, mit Transistoren arbeitenden Kurzwellensendern, unter Verwendung eines der Widerstandstransformation dienenden Breitbandtransformators zwischen dem Senderausgang und der Antenne und einer der Antenne vorgeschalteten, einstellbaren Serieninduktivität, mit der die Kapazität der Antenne in Resonanz gebracht wird, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Breitbandtransformator ein umschaltbares Übersetzungsverhältnis aufweist

In der Praxis wird zunächst mit der Serieninduktivität die Kapazität der Antenne in Resonanz gebracht Die nun doch erforderliche Widerstandstransformation erfolgt durch dep/die Breitbandtransformator/en mit umschaltbarem Übersetzungsverhältnis. Dadurch, daß die einmal gefundene Resonanz durch die Umschaltung der Übersetzung nicht wesentlich beeinflußt wird, ergibt sich eine einfache Bedienung. Es ist demnach keine Approximation des Abgleichs durch wechselseitiges »Suchen« erforderlich. Im Gegensatz zur Transformation mit Blir.delementen kann man damit auch auf kleinem Raum mit geringen Verlusten und nur geringer Aussteuerung der Bauteile transformieren.

Die feinstufige Umschaltung erfolgt in vorteilhafter Weise mit einem Spariibertrager mit besonders streuarmer Wicklung.

Der Spartransformator weist vorteilhaft einen Schalenkern auf, der mit einem teilweise von seinem Außenleiter befreiten Koaxialkabel umwickelt ist. Der freigelegte Innenleiter des Koaxialkabels ist mit Anzapfungen versehen. Der an Masse gelegte Fußpunkt der Wicklung wird durch das äußere Ende des Außenleiters des Koaxialkabels gebildet, während das innere Ende des Außenleiters mit demjenigen Ende des Innenleiters verbunden ist, das am äußeren Ende des ho Außenleiters des Koaxialkabels heraustritt. Eine der Anzapfungen ist dabei mit dem heißen Ende des Senderausgangs verbunden. Mit einem Schalter, der im Wege zur Antenne angeordnet ist, lassen sich die Anzapfungen wahlweise einschalten, wodurch das μ Übersetzungsverhältnij des Breitbandtransformators geändert wird.

Zur Erzeugung eines noch größeren Übersetzungsverhältnisses ist es zweckmäßig, dem in seinem Übersetzungsverhältnis verhältnismäßig fein umschaltbaren Breitbandtransformator einen oder mehrere, mit einem festen oder ebenfalls durch einen Schalter einstellbaren Übersetzungsverhältnis arbeitende Übertrager nachzuschalten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand einer Figur, die eine Antennenanpaßeinrichtung mit Breitbandtransformatoren nach der Erfindung zeigt, näher erläutert

Die Ausgangsstufe eines Senders 1 ist an zwei Klemmen 13 angeschlossen, von denen eine an Masse liegt, und über einen in seiner Funktion im einzelnen später beschriebenen Rückflußmesser 3 mit einem Breitbandtransformator 2 verbunden. Die Wicklung des Breitbandtransformators 2 ist möglichst streuarm ausgelegt und in Form eines Spartransformators geschaltet Auf einem Schalenkern 4 sind drei Windungen eines vollständigen Koaxialkabels 8 aufgebracht, und der Innenleiter 7 des Koaxialkabels 8 ist in vier Windungen weitergewickelt. Diese vier Windungen sind nach jeder Windung mit einer Anzapfung 5 versehen. Der Fußpunkt der Wicklung ist das äußere Ende des Außenleiters 6 des Koaxialkabels 8. Das andere Ende des Außenleiters 6 ist mit dem Anfang des Innenleit2."s 7 verbunden. Auf diese Weise erhält man zunächst sechs Windungen mit sehr geringer Streuung, denen die vier angezapften Windungen folgen. Der reele Ausgangswiderstand 13 des Senders 1 an den Klemmen 13 mit z. B. 50 Ohm läßt sich damit auf die Werte 22 Ω, 30 Ω, 40 Ω, 50 Ω und 62 Ω transformieren, sofern man die Klemmen 13 einerseits mit dem an Masse geführten Fußpunkt und andererseits mit der vorletzten der Anzapfungen 5 verbindet. Die dadurch gewonnene Staffelung des Übersetzungsverhältnisses ist eng genug. Die Anzapfungen 5 zur Einstellung des richtigen Übersetzungsverhältnisses lassen sich mit einem Schalter 14 einschalten.

Der Bereich des Übersetzungsverhältnisses wird nach niedrigeren Werten erweitert, da die üblichen Antennen meist niederohmiger sind. Diese Erweiterung wird im Ausfuhrungsbeispiel mit einem nachgeschalteten 4:1-Breitbandtransformator 9 erreicht. Dieser Transformator 9 ist nach dem Prinzip des Leitungstransfcrmators aufgebaut und läßt sich genau und verlustfrei ausführen. Er besteht aus einer auf einem Schalenkern aufgebrachten Wicklung aus Koaxialkabel mit zwei Windungen. Über einen mit dem Schalter 9 verbundenen Schalter 15 lassen sich die beiden Übersetzungsverhältnisse 4 :1 und 1 : t einstellen. Bei dieser Wicklung ist der an einem Ende 17 herauskommende Innenleiter mit dem Außenleiter am anderen Ende verbunden. Das in der Schalterstellung 4 :1 heiße und mit dem Schalter 14 verbundene Ende der Wicklung bildet der am anderen Ende 16 der Wiclung heraustretende Innenleiter. Der Fußpunkt der Wicklung ist durch das andere linde des Außenleiters des Koaxialkabels dargestellt. Mit diesem Transformator 9 erhält man folgenden Anpaßbereich: 15,5 Ω, 12,5 Ω, 10 Ω. 7,5 Ω und 5,5 Ω. Dieser Bereich schließt sich dicht genug an den direkten Bereich nach unten an. Wenn erforderlieh, kann mit einem weiteren 4 :1-Transformator auch der Bereich noch niedrigerer Werte erreicht werden. Ebenso läßt sich mit einem Transformator 1 :4 im Anschluß an den Breitbandtransformator 2 die Anpa-sung an höhere Werte als 62 Ω ermöglichen, wobei sich auch hier ein genügend enger Anschluß der Werte ergibt.

Ist beim Schalter 15 das Übersetzungsverhältnis 4 : 1

eingestellt, so ist der Schalter 14 mit dem Innenleiterende 16 verbunden und die herabtransformierte Spannung wird am anderen Innenleiterende 17 abgenommen. Ist beim Schalter 15 das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 eingeschaltet, so ist der Schalter 14 direkt mit dem Innenleiterende 17 verbunden. Das Innenleiterende 17 ist über eine Serieninduktivität 10, welche als Antennenvariometer dient, mit der Sendeantenne 11 verbunden. Die Sendeantenne 11 ist kapazitiv. Mit der Serieninduktivität 10 wird zu Beginn des Anpaßvorgangs die Kapazität der Antenne in Resonanz gebracht, d. h. bevor die Widerstandstransformation durch Einstellung des entsprechenden Übersetzungsverhältnisses durchgeführt wird.

Der in einem Meßgerät 12 gemessene Antennenstrom gibt kein genügend empfindliches Kriterium zur Einstellung der Anpaßtransformatorschaltung, da er sich bei einer F chlanpassung zunächst nur geringfügig ändert. Bei modernen Einseitenband-Sendern ist man jedoch darauf angewiesen. d.iB die Transistoren mit dem vorgesehenen Lastwiderstand abgeschlossen werden Dies ist weniger eine Frage der maximalen Leistung ah vielmehr eine Notwendigkeit zur Einhaltung dei Linearität.

Zur Einstellung der richtigen Anpassung wird dit Anzeige eines Rückflußmessers 3 verwendet. Transisto ren sind gegen Überlastungen sehr empfindlich unc müssen u. a. gegen Übersteuerungen bei FehlabschluC geschützt werden. Hierzu ist überlicherweise im Sendei

ίο ohnehin ein Rückflußmesser als Fühler vorgesehen Dieser kann dann auch das Einstellkriterium zui Bedienung der Anpassung geben.

In zweckmäßiger Weise wird die Ausgangsspannung des Rückflußmessers 3 durch eine Schwellwert-Kipp

i'. schaltung überwacht, die ihrerseits bei Überschreiter des eingestellten Schwellwertes eine optische odei akustische Signalisiereinrichtung auslöst, z. B. eine Lampe, so daß angezeigt wird, ob die Antennen-Anpaß einrichtung noch hinreichend genau abgestimmt ist odei

:<i ob ein Nachstimmen erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Anpassung einer kapazitiven Sendeantenne hinsichtlich des Real- und Imaginärteiles ihres Scheinwiderstandes an die Ausgangsimpedanz der Endstufe eines Senders, insbesondere bei mit kurzen Peitschenantennen betriebenen, mit Transistoren arbeitenden Kurzwellensendern, unter Verwendung eines der Widerstandsformation dienenden Breitbandtransformators zwischen dem Senderausgang und der Antenne und einer der Antenne vorgeschalteten, einstellbaren Serieninduktivität, mit der die Kapazität der Antenne in Resonanz gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitbandtransformator (2) ein umschaltbares Übersetzungsverhältnis aufweist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als in seinem Obersetzungsverhältnis umschaltbarer Breitbandtransformator (2) ein Streuarm ausgelegter Spartransformator vorgesehen ist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spartransformator (2) einen Schalenkern (4) aufweist, der mit einem teilweise von seinem Außenleiter (6) befreiten Koaxialkabel (8) umwickelt ist daß der freigelegte Innenleiter (7) des Koaxialkabels (8) mit Anzapfungen (5) versehen ist und der an Masse gelegte Fußpunkt der Wicklung das äußere Ende des Außenleiters (6) des Koaxialkabels (8) ist daß das innere Ende des Außenleiters (6) mit demjenigen Ende des Innenleiters (7) verbunden ist, das am äußeren Ende des Außenleiters (6) des Koaxialkabels (8j heraustritt, daß eine der Anzapfungen (5) mit dem heißen Ende (13) des Senderausgangs verbunden ist und daß in Richtung zur Antenne (11) ein Schalter (14) ^rur wahlweisen Einschaltung der Anzapfungen (5) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß dem in seinem Übersetzungsverhältnis umschaltbaren Breitbandtransformator

(2) ein oder mehrere mit einem festen oder ebenfalls durch einen Schalter (15) einstellbaren Übersetzungsverhältnis arbeitende Übertrager (9) nachgeschaltet sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am heißen Ende (13) des Senderausgangs ein Rückflußmesser

(3) eingeschaltet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Rückflußmessers (3) eine Schwellwertkippschaltung angeschlossen ist, welche bei Überschreitung eines bestimmten Schwellwertes eine akustische oder optische Signalisiereinrichtung, z. B. eine Lampe, auslöst