DE2462440C3 - Aktive Empfangsantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aktive Antenne für den Empfang elektromagnetischer Wellen eines größeren Frequenzbereichs unterhalb 30 MHz, bestehend aus einer leitenden Grundfläche und einem zu ihr senkrecht stehenden und an seinem einen Ende mit ihr leitend verbundenen ersten Antennenstab und einem schräg, vorzugsweise senkrecht zum ersten Antennenstab stehenden, nicht mit diesem leitend verbundenen zweiten Antennenstab und einem Verstärkers, dessen Eingangsanschluß mit dem einen Ende des zweiten Antennenstabs Und dessen Masseanschluß mit dem oberen Ende des ersten Antennenstabs und dessen Aüsgangsänschluß mit dem Innenleitef eines durch das Innere des ersten Antennenstabs geführten Koaxialkä·' bets« das zu einem Empfänger führt, verbunden ist.

Eine aktive Antenne dieser Form findet man in der

DE-OS 19 04138, dort insbesondere in Fig 10. Diese Antenne ist geeignet, Wellen mit horizontaler und vertikaler Polarisations zu empfangen, wie sie beim Fernempfang unterhalb 30MHz wegen der Beeinflussung durch die Ionosphäre häufig gleichzeitig auftreten.

Die genannte Antenne empfängt jedoch keine solchen horizontalen Komponenten der elektrischen Feldstärke, die senkrecht zuai zweiten Antennenstab stehen. Da im Fernempfang, beispielsweise der Kurzwellen, die Polarisation der Welle häufig wechselt und ι ο nahezu in allen Raumrichtungen liegen kann, ergibt die Antenne der genannten Vorveröffentlichung keinen optimalen Empfang insofern, als sie eine der horizontalen Feidkomponenten der Welle nicht ausnutzt und daher zu manchen Zeiten überhaupt nichts empfängt

Aufgabe der Erfindung ist es, einen möglichst vollständigen Empfang einer Kurzwelle wechselnder Polarisation zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antenne einen weiteren Antennenstab, der nicht mit der leitenden Grundfläche und nicht mit dem ersten und zweiten Stab leitend verbunden ist, enthält und der weitere Antennenstab eine solche Richtung hat, daß er auf dem ersten und zweiten Antennenstab schräg, vorzugsweise senkrecht, steht und der weitere Antennenstab einen zugehörigen weiteren Verstärker besitzt und der Eingangsanschluß des weiteren Verstärkers mit dem einen Ende des zugehörigen weiteren Antennenstabs verbunden ist und der Masseanschluß des weiteren Verstärkers mit dem oberen Ende des ersten Antennenstabs verbunden ist und die Ausgangsanschlüsse des weiteren Verstärkers über das genannte oder ein weiteres durch das Innere des ersten Antennenstabs geführtes Koaxialkabel mit dem Empfänger verbunden sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Antenne nach der Erfindung

F i g. 2 die Signalauskopplung beispielhaft bei einem *o Verstärker

F i g. 3 Obertragungswege in einer Antenne nach der Erfindung

F i g. 4 Anschaltung des Empfängers durch Schalter in der Antenne

Fig.5 Anschaltung des Empfängers durch Schalter am Empfängereingang

F i g. 6 Anschaltung des Meßgeräts durch gesonderte Schalter.

F i g. 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgenäßeii Antenne. C ist die leitende Grundfläche, S der auf ihr senkrecht stehende, erste Antennenstab, D der auf dem ersten Antennenstab senkrecht stehende, zweite Antennenstab. Vist der Verstärker mit dem Eingangsanschluß / und dem Ausgangsanschluß 3. Der Verstärker ist ferner an seinem Masseanschluß 2 mit dem oberen, nicht mit der leitenden Grundfläche verbundenen Ende des ersten Antennenstabs verbunden.

D' ist der weitere Antennenstab, der senkrecht auf dem ersten und dem /weiten Antennenstab steht und den Empfang derjenigen horizontalen Feldkomponente ermöglicht, die vo'h ersten und zweiten Antennenstab nicht empfangen werden kann, V ist der zum Antennenstab Dazugehörige Verstärker und Γ sein mit D' Verbundener Eihgängsänschluß. 2' ist der Massean^ Schluß des Verstärkers V₁ der mit dem oberen, nicht mit der leitenden Grundfläche verbundener! Ende des ersten Antennenstab^ S¹ verbunden ist 3' ist der Ausgangsanschluß des V". Zwischen 2' und 3' liegt die Ausgangsspannung des Verstärkers V.

F i g. 2 zeigt beispielhaft, wie der Ausgang 3 des Verstärkers V über ein koaxiales Kabe! K durch des Innere des ersten Antennenstabes Smit dem Empfänger R verbunden ist Eine entsprechende Signalauskopplung erfolgt beim Verstärker V.

Fig.3 zeigt das Prinzip der Übertragungswege zwischen den Verstärkerausgängen und dem Empfänger R. Die Obertragungswege können teilweise für jeden Verstärker gesondert verlaufen, A: und K', sich aber auch an einem Punkt 6 treffen und von dort bis zum Empfänger für beide Verstärker gemeinsam sein wie Kr im gezeichneten Beispiel.

Die einfachste Ausführungsform besteht darin, die Einzelübertragungswege ohne Schalter zeitlich konstant zusammenzuschalten. Dies ergibt bereits kleinere Zeitintervalle eines verschwindenden Empfangs als bei einer Antenne mit nur einem zweiten Antennenstab D und nur einem Verstärker. Mehr Erfolg hat man mit zeitlich veränderbaren Übertragungswegen, die der einfallenden Welle entsprechend so °^;ngesiellt werden, daß zu jedem Zeitpunkt ein gutes Signtl-Rauschverhältnis im Empfänger entsteht.

Eine wegen der Einfachheit vorteilhafte Lösung besteht darin, daß die Übertragungswege Schalter enthalten und mit Hilfe der Schalter ein oder mehrere Ausgangssignale der Verstärker an den Empfängereingang angeschaltet werden. Im Beispiel der F i g. 4 liegen 2 Schalter, Sch 1 und Sch 2, am Ausgang der Verstärker Vbzw. V\ und man benötigt nur ein Kabel Kr im Innern des Antennenstabes S. Im Beispiel der F i g. 5 verwendet man für jeden Verstärker ein gesondertes Kabel (K bzw. K')\m Innern des Antennenstabes 5und Schalter, Sch3 und Sch 4, am Eingang des Empfängers. Der letztgenannte Fall hat konstruktive Vorteile insofern, als die aktive Antenne frei von Schaltern ist und durch den Antennenstab 5 keine Bedienungsleitungen für die Schalter gezogen werden müssen. Im einfachsten Fall verwendet man in jedem Zeitintervall nur das Signal desjenigen Verstärkers, der das jeweils bessere Signal-Rauschverhältnis besitzt, und schaltet den anderer Verstärker ab. Eine noch günstigere Möglichkeit besteht darin, daß man den Verstärker mit dem schlechteren Signal-Rauschverhältnis nur dann mit Hilfe des zugehörigen Schalters vom Empfängereingang trennt, wenn am Ausgang de; betreffenden Verstärkers das Signal-Rauschverhältnis unter eine gewisse Grenze sinkt, wobei diese Grenze beispielswei se so bemessen ist, daß beim Unterschreiten dieser Grenze das Signal-Rauschverhältnis bei zusammengeschalteten Verstärkerausgängen schlechter ist als bei alleiniger Verwendung desjenigen Verstärkerausgangs, der das bessere Signal-Rauschverhältnis besitzt.

Um die Schalter einstellen zu können, benötigt man eine Einrichtung, die das Signal-Rauschverhältnis jedes Verstärkerausganps und gegebenenfalls auch das Signal-Rauschverhältnis am Empfängereingang getrennt messen kann. Im einfachsten Fall ist dies ein menschlicher Beobachter. Vorteilhaft verwendet man jedoch ein oder η ;hrere Meßgeräte, die die genannten Signal-Rauschverhältnisse messen. Wenn ausreichend Zeit für die Messung der SignaURauschverhälwisse Verfügbar ist, genügt ein einziges Meßgerät, das an den Empfängereingang oder einen anderen geeigneten Anschluß des Empfängers angeschlossen ist und durch die bereits genannU'i¹. Schaker der F i g. 4 oder 5 an die Verschiedenen Meßstellen nacheinander angeschlossen

5 6

wird. Das Meßgerät A/kann auch wie in Fig,6 durch Anpassung des Ausgangswiderstandes jedes Verstär-

gesonderte Schalter Sch 5 und Sch 6 angeschaltet kers an den Wellenwiderstand des zugehörigen

werden. Ausgahgskabels.

Die Einstellung der Schalter zur Erzielung eines Während die bisher beschriebenen Schalivorgänge optimalen Empfangs kann automatisiert werden, indem 5 nur gewisse Schritte zur Verbesserung des Signalman durch ein Meßprogramm die erforderlichen Rauschverhältnisses bei zeitlich veränderlicher Polari-Messungen des Signal-Rauschverhältnisses laufend sation der einfallenden Welle sind, kann man durch durchführt und mit Hilfe eines Rechenprogramms die stetige Regelvorgänge diejenige Kombination der Schalter für optimalen' Empfang einstellt. Der Eingang Ausgangssignale beider Verstärker einstellen, die das des Meßgeräls M wird dann in kleinen Zeitabständen io bestmögliche Signäl-RäUschverhältnis ergibt. Da der ßurch die Schalter entsprechend dem Meßprogramm Empfang in der Anordnung von Fig.3 verschiedene geschaltet und mißt die Signa-Rauschverhältnisse jedes Phasenlagen der Ausgangsspannungen der beiden Verstärkers für sich und ihre Summen, wenn mehrere Verstärker ergeben kann, ist die optimale Addition der Schalter geschlossen sind. Aus diesen Messungen Ausgangsspannungen der beiden Einzelübertragungswerdcn die Kriterien gewonnen, mit deren Hilfe I5 wege im Punkt 6 nur dann gegeben, wenn die beiden - '/ Schalterstellungen für den optimalen Empfang einge- Äusgangssignale dort gleichphasig zusammentreffen. In stellt werden. einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist

Die Schalter können jede bekannte Form haben und daher in mindestens einem der Einzelübertragungswege ihre Wirkung beispielsweise auch dadurch erzielt eine Phasendrehschaltung mit einstellbarer Phasendrewerden, daß in jedem Einzeiübertragungsweg eine w hung enthalten. Diese Phasendrehung wird so einge-Verstärkungsregelung derart enthalten ist, daß durch stellt, daß am gemeinsamen Ausgang 6 die Ausgangs-Herunterregeln der Verstärkung das Signal und das spannungen der Einzelüberlragungswege gleichphasig Rauschen des betreffenden Einzelübertragungsweges sind und so die größtmögliche Summe ergeben. Da die entsprechend vermindert wird. Addition der Rauschspannungen der beiden Übertra-

Ein solches Umschalten von Antennen oder Anten- 25 gungswege wegen des statischen Verhaltens der

C, nenkabeln ist für passive Antennen im Diversity-Emp- elektronischen Rauschspannungen der Verstärker un-

fang in sehr allgemeiner Form bekannt. Bei Verwen- abhängig von diesen Phasendrehungen ist, ergibt die

dung aktiver Empfangsantennen, bei denen zwischen phasengleiche Addition der Signalspannungen im Punkt

passivem Antennenteil und Empfänger ein nichtrezipro- 6 die mäNi/nal mögliche Signalamplitude, also maximal

ker Verstärker Hegt, treten allgemein folgende Vorteile Jo mögliches Signal-Rauschverhältnis im gemeinsamen

ein, die die Verwendbarkeit dieses Verfahrens gegen- Übertragungsweg. Die Phasendrehschaltung kann zu-

über passiven Antennenanlagen erheblich steigern. sätzlich zu den bereits genannten Schaltern vorhanden

Beispielsweise entfällt dann jede Rückwirkung der sein, um die für die Einstellung \ier Schalter bereits

Schaltvorgänge auf das Verhalten des passiven Anten- angegebenen Kriterien zusätzlich anwenden zu können,

nenteils. Ferner kann man die Ausgangsimpedanz des 35 Die hier dargestellten Möglichkeiten für das Zusam-

Verstärkers, d.h. die innere Impedanz der die menschalten von Verstärkerausgängen einer aktiven

Ausgangskabel und die Schalter speisenden Quelle Antenne nach der Erfindung gelten grundsätzlich auch

unabhängig von der Impedanz des passiven Antennen- für das Zusammenschalten der Ausgänge mehrerer

teils gestalten. Eine bevorzugte Ausführungsform ist die aktiver Antennen dieser Art.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Aktive Antenne für den Empfang elektromagnetischer Wellen eines größeren Frequenzbereichs unterhalb 30 MHz₁ bestehend aus einer leitenden Grundfläche und einem zu ihr senkrecht stehenden und an seinem einen Ende mit ihr leitend verbundenen ersten Antennenstab und einem schräg, vorzugsweise senkrecht, zum ersten Antennenstab stehenden, nicht mit diesem leitend verbundenen zweiten Antennenstab und einem Verstärker, dessen Eingangsanschluß mit dem einen Ende des zweiten Antennenstabs und dessen Masseanschluß mit dem oberen Ende des ersten Antennenstabs und dessen Ausgangsanschluß mit dem Innenleiter eines is durch das Innere des ersten Antennenstabs geführten Koaxialkabels verbunden ist das zu einem Empfänger führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen einen weiteren Antennenstab (D'), der nicht mit der leitenden Grundfläche und nicht mit dem ersten und zweiten Stab leitend verbunden ist, enthält und der weitere Antennenstab eine solche Richtung hat, daß er auf dem ersten und zweiten Antennenstab schräg, vorzugsweise senkrecht, steht und der weitere Antennenstab einen zugehörigen weiteren Verstärker (V) besitzt und der Eingangsanschluß (V) des weiteren Verstärkers mit dem einen Ende des zugehörigen weiteren Antennenstabs verbunden ist und der Masseanschluß (2') des weiteren Verstärkers mit dem oberen Ende des ersten Antennenstabs verbunden ist und die Ausgangsschlüsse des weiteren Verstärkers über das genannt- oder ein weiteres durch das Innere des ersten Antennenstabs geführ'ss Koaxialkabel mit dem Empfänger (R) verbunden sind.

2. Antenne nach Anspruch ', dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialkabel (K, K') der Verstärker (V. V) vor Zuführung zum Empfänger ^parallel geschaltet sind.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ίο gekennzeichnet, daß in dem Übertragungsweg zwischen jedem Verstärkereingang und dem Empfänger ein Schaltmittel vorhanden ist, das den betreffenden Verstärkereingang und den Empfang:' über den Verstärker verbinden oder beide voneinander trennen kann.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel Schalter (Sch I₁ Sch 2) lind, die mit ihrem einen Anschluß an den Ausgängen der Verstärker liegen und an ihrem zweiten Anschluß miteinander verbunden sind und dieser gemeinsame Anschluß (6) mit dem Empfänger verbunden ist (F i g. 4).

5. Antenne nach Anspruch J. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel Schalter sind, die Verstärkerausgänge über getrennte Kabel (K, K') durch das Innere des mit der leitenden Grundfläche verbundenen Antennenstabs geführt sind und am Ausgang jedes Kabels je ein Schalter (Schi und Sch 4) liegt, dessen einer Anschluß mit dem Innenleiter des zugehörigen Kabels verbunden ist und dessen zweiter Anschluß mit dem entsprechenden Anschluß des anderen Schalters verbunden ist, und dieser den Schaltern gemeinsame Anschluß (6) mit dem Empfänger (R) verbunden ist (F ί g< 5).

6. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekenn' zeichnet, daß als Schaltmittel der entsprechende Verstärker verwendet ist, indem das Abschalten eines Übertragungswegs dadurch erfolgt, daß die Verstärkung des betreffenden Verstärkers hinreichend klein gemacht ist

7. Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel so eingestellt sind, daß nur der Ausgang desjenigen Verstärkers, der jeweils das bessere Signal-Rauschverhältnis besitzt mit dem Empfänger verbunden ist

8. Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Schaltrrnttel so eingestellt sind, daß sie jeweils denjenigen Verstärker vom Empfängereingang trennen, dessen SignaJ-Rauschverhältnis unter einer gewissen Grenze liegt, wobei diese Grenze so bemessen ist daß bei Unterschreiten dieser Grenze das Signal-Rauschverhältnis bei zusammengeschalteten Verstärkerausgängen schlechter ist als bei alleinigem Anschalten desjenigen Verstärkerausgangs, der jeweils das bessere Signal-Rauschverhältnis besitzt

9. Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßgerät (M in F i g. 6) zur Messung des Signal-Rauschverhältnisses vorhanden ist und über Meßgeräieschaiter so an die Übertragungswege oder den Empfänger angeschlossen ist, daß es die Signal-Rauschverhältnisse jedes Verstärkerausgangs und gegebenenfalls auch das Signal-Rauschverhältnis am Empfängereingang getrennt messen kann.

10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der die Verstärkereingänge und den Empfänger über die Verstärker verbindenden bzw. trennenden Schaltmittel durch die Meßwerte des Meßgeräts (M)gesteuert ist.

11. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß in mindestens einem der Übertragungswege zwischen einem Verstärkereingang und dem Ort (6), an dem die Signale beider Verstärkerausgänge kombiniert werden, eine Phasendrehschaltung mit regelbarei· Phasendrehung enthalten ist und die Phasendrehung so eingestellt ist, daß die Ausgangssignale dor beiden Übertragungswege an dem Ort (6), an dem die Signale beider Übertragungswege kombiniert werden, gleichphasig sind.

12. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Ausgangssignal mit den Ausgangssignalen weiterer gleichartiger Antennen gemeinsam dem Empfänger zugeführt wird.