DE2558834C2 - Aktive Unipol-Empfangsantenne - Google Patents

Description

2. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zur zusätzlichen, gesteuerten Gleichstromquelle (10) eine Impedanz (8Z^ liegt, mit der zusammen die hochfrequente Impedanz der gesteuerten Gleichstromquelle an der Steuerstrecke des Dreipols erhöht erscheint.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur gesteuerten Gleichstromquelle in Serie geschaltete Impedanz von dem gesamten, in die Steuerstrecke (3, 4) des Verstärkers fließenden Gleichstrom (Ir), durchflossen ist.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche, über einen Steueranschluß gesteuerte Gleichstromquelle (10) ein Transistor oder eine Transistorkombination ist und die Steuerelektrode des Transistors bzw. eines dieser Transistoren der Steueranschluß (11) der gesteuerten Gleichstromquelle ist (F i g. 2).

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine Meßschaltung enthält, durch die eine von der Gleichspannung (U₀) zwischen den Klemmen (3, 4) der Eingangsstrecke des Verstärkers abhängige Gleichspannung abgeleitet wird, und ferner eine Übertragungseinrichtung enthält, mit der diese Gleichspannung an den Steueranschluß (11) der Gleichstromquelle (10) übertragen wird.

6. Antenne nach Anspruch 5 in dessen Rückbeziehung auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung einen an einer Betriebsgleichspannungsquelle (27,28) am Ausgang des Feldeffekttransistors (5) oder des äquivalenten elektronischen Dreipols liegenden Spannungsteiler (31, 34) mit Siebung (32) aufweist, dessen Ausgang mit der Übertragungseinrichtung (30) verbunden ist und daß der Quellanschluß (37) des die gesteuerte Gleichspannungsquelle (10) darstellenden Transistors bzw. der Quellanschluß der Transistorkombination mit Hilfe eines Gleichspannungsteilers (35,36) eine aus der Betriebsgleichspannungsquelle (27, 28) abgeleitete Bezugsvorspannung erhält.

Die Erfindung geht aus von einer aktiven Unipol-Empfangsantenne, deren passiver Antennenteil an die beiden Eingangsklemmen der Eingangsstrecke eines einen Feldeffekttransistor oder einen äquivalenten elektronischen Dreipol mit kapazitiv hochohmigem Eingang enthaltenden Verstärkers angeschlossen ist, bei

der parallel zur Eingangsstrecke eine Gleichspannungsquelle in Serie mit einem großen Gleichstromwiderstand liegt

Antennen dieser Art sind z. B. aus der DE-OS 21 15 657 bekannt. Bei solchen Antennen ist es üblich,

to die Arbeitspunkteinstellung für die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistor oder des äquivalenten elektronischen Dreipols mit kapazitiv hochohmigem Eingang mit Hilfe eines Spannungsteilers, wie er z. B. in Tietze, Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik 2. Auflage, 1971,

is auf S. 128, Abb. 7.12 dargestellt ist, vorzunehmen. Um die Hochohmigkeit des Eingangs des elektronischen Dieipols nicht zu stören, muß dieser Spannungsteiler, der den Ruhestrom der Steuerelektrode liefert, sehr hcchohmig ausgelegt werden.

Ein Problem entsteht in der Eingangsschaltung einer derartigen aktiven Antenne bei der Aussteuerung mit großen Signalamplituden. Dann tritt im elektronischen Dreipol ein Gleichrichtereffekt ein, der den in die Steuerelektrode des elektronischen Dreipols fließenden Strom Ir vergrößert. Dementsprechend sinkt die an der Steuerelektrode bestehende Gleichspannung mit wachsender Signalamplitude. Eine Übersteuerung des elektronischen Dreipols tritt in bekannter Weise dann ein, wenn uer Scheitelwert der die Steuerstrecke aussteuernden Signalspannung sich der an der Steuerelektrode liegenden Gleichspannung zu sehr nähert. Das Absinken der Gleichspannung vermindert also die Übersteuerungsfestigkeit des Dreipols und läßt sein nichtlineares Verhalten anwachsen. Eine entsprechende Verzögerung der über den Spannungsteiler zugeführten Gleichspannung zur Vermeidung von Übersteuerung wäre ein unerwünschter Aufwand.

Es ist bekannt, daß bei der Aussteuerung von Verstärkern mit großen Signalen Verzerrungen auftreten. Ip der DE-OS 18 01 820 ist eine Verstärkerschaltung mit Feldeffekttransistorelektrode vorgesehen, wobei mit Hilfe einer Regelspannung an der zweiten Torelektrode der Verstärkungsfaktor beim Auftreten großer Signale entsprechend herabgeregell wird.

Solche regelbaren Verstärker werden vorteilhafterweise z. B. zur selektiven Verstärkung von Hoch- oder Mittelfrequenzsignalen in Funk- oder Fernsehempfänger verwendet, wo die Regelmaßnthme mit Hilfe der Selektionswirkung auf das gewünschte Signal angewandt wird, auf das der Empfänger abgestimmt ist. Eine Schaltung mit ähnlicher Wirkung - jedoch für einen Verstärker mit Bipolartransistor - ist in der US-Patentschrift 38 28 266 angegeben. Dort wird mit Hilfe eines Zusatzgleichstroms, der der Basiselektrode des Ver-

Stärkertransistors zugeführt wird, die Basisgleichspannung so verkleinert, daß durch die damit verbundene Abnahme des Transistorruhestroms die Steilheit und damit die Transistorverstärkung herabgesetzt wird. Der Nachteil eines derartigen Automatic Gain Control (AGC) ist die Einschränkung der Anwendbarkeit auf selektive Verstärker. Naturgemäß ist die Anwendung der AGC auf Breitbandverstärker nicht sinnvoll, da die durch ein starkes Signal mit bestimmter Frequenz durch die Regelung bewirkte Verstärkungsabsenkung auch die

schwachen Signale auf anderen Frequenzen absenken würde. Eine Verstärkungsregelung mit dem Ziel der Vermeidung von hichtlinearen Verzerrungen muß deshalb stets mit einem untragbaren Empfindlichkeits-

verlust, bewirkt durch das Auftreten großer Signale, verbunden sein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bei einer aktiven Antenne der eingangs genannten Art auftretenden Übersteuerungseffekte zu vermindern, ohne, daß zu diesem Zweck die bereitgestellte G-eichspannung vergrößert, oder die Verstärkung de: Feldeffekttransistors beeinflußt werden müßte.

Diese Aufgabe wird bei einer Antenne der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Eingangsstrrcke aus einer zusätzlichen durch eine Regeleinrichtung gesteuerten Gleichstromquelle ein zusätzlicher Gleichstrom Iz zugeführt ist, dessen Richtung die gleiche ist wie die des Ruhestromes des Feldeffekttransistors und dessen Größe so gesteuert ist, daß sie bei kleinen Signalamplituden sehr klein ist und mit wachsenden Signalamplituden größer wird, derart, daß bei Änderung der Signalamplitude die Gleichspannung zwischen den Klemmen der Eingangsstrecke des Verstärkers weitgehend konstant ist

Im folgenden wird die Erfindung .n mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Figuren erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Unipol-Empfangsantenne nach der Erfindung mit aufgeteiltem Gleichstromwiderstand;

Fig. 2 eine Unipol-Empfangsantenne nach der Erfindung mit einem Transistor als zusätzlicher gesteuerter Gleichstromquelle;

Fig. 3 eine Unipol-Empfangsantenne nach der Erfindung mit Bezugsvorspannung für die Erzeugung des zusätzlichen Gleichstroms.

In F i g. 1 ist 1 der kurze Unipol, 2 das zugehörige leitende Gegengewicht Im Beispiel einer Autoantenne ist 2 die Karosserie des Kraftfahrzeugs, im Beispiel einer Schiffsantenne der metallische Schiffskörper oder ein metallischer Schiffsmast. 5 ist der elektronische Dreipol mit kapazitiv-hochohmigen Eingang, als Feldeffekttransistor gezeichnet. 3 ist der Steueranschluß des Dreipols. 3 und 4 bilden die Steuerstrecke des Dreipols, die an die beiden Bestandteile 1 und 2 des passiven Antennenteils angeschlossen ist. Die in F i g. 1 gezeichnete Schaltung mit der Steuerstrecke 3,4 des elektronischen Dreipols 5 wird als die Eingangsschaltung der aktiven Antenne bezeichnet.

Für die Funktion des elektronischen Dreipols 5 in der Schaltung nach F i g. 1 ist es erforderlich, daß zwischen den Anschlüssen 3 und 4 auch eine bestimmte Gleichspannung U₀ liegt Diese wird in bekannter Weise dadurch hergestellt, daß eine zwischen Anschlüssen 6 und 6' angelegte Gleichspannung über einen Widerstand 8, der in F i g. 1 in die Widerstände 8a und 8b unterteilt ist, der Steuerstrecke 3, 4 des elektronischen Dreipols zugeführt wird. Der Kondensator 9 in F i g. 1 soll schematisch erläutern, daß zwischen den Anschlüssen 6 und 6' in bekannter Weise eine Gleichspannung derart hergestellt ist, daß der Anschluß 6 hochfrequent leitend mit dem Punkt 6' verbunden ist Ferner liegt in Fig. 1 eine zusätzliche Gleichstromquelle 10 zwischen den Schaltungspunkten 2 und 24, die einen zusätzlichen Gleichstrom Iz liefert Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung soll der Zusatzstrom l_z durch die Zusatzstromquelle 10 in den F i g. 1 und 2 zunächst Null sein. Der Widerstand 8, bestehend aus 8a und 86 muß in der Empfangsanordnung nach F i g. 1 relativ groß sein, weil er hochfrequent über den Kondensator 9 zwischen den Punkten 3 und 4 liegt und daher mit seiner Impedanz die Eingangsschaltung der aktiven Antenne belastet und dadurch die zwischen 3 und 4 bestehende Signalspannung vermindert. Eine Verminderung dieser Signalspannung führt im allgemeinen zu einer Verminderung des Signal-Rauschverhältnissss der Empfangsanlage. Ferner ist der Widerstand 8 eine zusätzliche Rauschquelle der aktiven Antenne, und der der Einfangsschaltung zugeführte Rauschstrom des Widerstandes 8 ist umso kleiner, je größer der Widerstand ist

Durch den Widerstand 8a und 86 fließt ein Gleichstrom zum elektronischen Dreipol 5, es entsteht an dem Widerstand 8 eine Gleichspannung. Dies hat zur Folge, daß die zwischen den Punkten 3 und 4 bestehende Gleichspannung entsprechend kleiner ist als die zwischen 6 und 6' bestehende Spannung. Man ist bestrebt, zur Verminderung des Aufwandes, die zwischen 6 und 6' benötigte speisende Gleichspannung klein zu halten und demzufolge den Widerstand 8 möglichst klein zu halten. Die Größe des Widerstandes 8 ist daher ein Kompromiß zwischen den hochfrequenten Forderungen nach gutem Signal-Rauschverhältnis und dem Wunsch nach kleinem Aufwand in der speisenden Gleichstromquelle. Wählt man beispielsweise als elektronischen Dreipol 5 einen Feldeffekttransistor, so fließt bei geeigneter Vorspannung ein sehr kleiner Ruhestrom und der Kompromiß ist mit einem relativ großen Widerstand 8a und 8ö befriedigend erfüllbar.

Für die Funktion des elektronischen Dreipols ist es ferner erforderlich, auch auf der Ausgangsseite des Dreipols eine Gleichspannungsquelle zu besitzen. Diese liegt in F i g. 2 an den Punkten 27 und 28 und erzeugt einen Gleichstrom Ir in der gezeichneten Richtung. Die Anschlüsse 27 und 28 sind hochfrequent verbunden, was in F i g. 2 durch den Kondensator 29 schematisch angedeutet ist Wie in F i g. 2 kann in bekannter Weise die zwischen den Punkten 27 und 28 vorhandene Gleichspannung mit Hilfe des aus R] und R2 bestehenden Spannungsteilers auch die zwischen den Punkten 6 und 6' erforderliche Gleichspannung erzeugen. Falls alle für die Funktion der aktiven Antenne erforderlichen Gleichspannungen aus der zwischen den Punkten 27 und 28 bestehenden Gleichspannung gewonnen werden, wird die zwischen den Punkten 27 und 28 bestehende Gleichspannung als die Betriebsspannung der aktiven Antenne bezeichnet.

Steigt der Strom /_Ä infolge großer Signale an, so sinkt die Spannung U₀ zwischen den Klemmen 3 und 4 ab. Dies führt zu den eingangs beschriebenen Übersteuerungseffekten. Diese werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die zusätzliche, gesteuerte Gleichstromquelle 10 vorhanden ist und der von ihr gelieferte, zusätzliche Gleichstrom Iz dem Steueranschluß 3 des elektronischen Dreipols 5 zugeführt wird, so daß durch den Widerstand 8a nur noch der Differenzstrom Ir — I₁ fließt und sich dadurch die an der Steuersirecke 3,4 des Dreipols bestehende Gleichspannung erhöht.

Ferner ist erfindungsgemäß der zusätzliche Gleichstrom h der zusätzlichen, gesteuerten Gleichstromquelle mit Hilfe des Steueranschlusses Ii der gesteuerten Gleichstromquelle in seiner Größe in Abhängigkeit von der den elektronischen Dreipol 5 aussteuernden Signalamplitude so eingestellt, daß der zusätzliche Gleichstrom h bei kleinen Signalamplituden sehr klein ist und mit wachsender Signalamplitude wächst. Der zusätzliche Gleichstrom /_zder gesteuerten Gleichstromquelle ist auch eine zusätzliche Rauschquelle. Er soll daher so klein wie möglich sein.

Der Widerstand Sb kann zu Null gewählt und die zusätzliche, gesteuerte Gleichstromquelle 10 so gestal-

tet werden, daß sie bei der Betriebsfrequenz der Antenne an der Steuerstrecke 3,4 des Dreipols als hohe hochfrequente Impedanz erscheint. Diese Impedanz belastet hochfrequent den bereits genannten kapazitiven Spannungsteiler aus Gvund Cb Diese hochfrequente Impedanz der zusätzlichen, gesteuerten Gleichstromquelle vermindert alsq die an der Steuerstrecke 3,4 des Dreipols bestehende Signalspannung und dementsprechend das Signal-Rauschverhältnis der aktiven Antenne. Diese Impedanz soll also möglichst hochohmig sein, um die durch die erzeugte Minderung der Signalspannung so gering wie möglich zu halten.

Ist die hochfrequente Impedanz der zusätzlichen, gesteuerten Gleichstromquelle selbst nicht hinreichend hoch, so wird der Widerstand 8 in zwei Teile 8a und 86 geteilt, und man schaltet die Gleichstromquelle 10 an <äen entstehenden Zwischenpunkt 24.

Die gesteuerte, zusätzliche Gleichstromquelle 10 nach der Erfindung besteht, wie in Fig.2 gezeigt, vorteilhaft aus einem Transistor oder einer äquivalenten Transistorkombination, wobei die Steuerelektrode eines dieser Transistoren der Steueranschluß IJ der gesteuerten Gleichstromquelle 10 ist. Sofern die zur Steuerung des Stromes dienenden Daten in Form elektroscher Größen vorliegen, ist der Transistor als steuerbare Stromquelle das geeignete Hilfsmittel. Ein Transistor benötigt zu seiner Funktion eine Betriebsspannung, die aus einer geeigneten Gleichspannungsquelle stammt. Diese Gleichspannungsquelle kann eine gesonderte Quelle sein, oder diese Gleichspannung kann in bekannter Weise auch aus der schon zwischen den Punkten 27 und 28 vorhandenen Gleichspannung entnommen werden. Bei dieser vorteilhaften Lösung liegt der Transistor zwischen den Punkten 28 und 3 oder wie in F i g. 2 zwischen den Punkten 28 und 24. Wesentlich ist dabei die richtige Wahl des Transistortyps, der bei der vorhandenen Gleichspannung den Strom h in der richtigen Richtung erzeugen muß. Hinsichtlich der hochfrequenten Wirkung der Impedanz der zusätzlichen, gesteuerten Gleichstromquelle 10 ist es gleichgültig, ob diese Gleichstromquelle an den Punkt 4 oder an den Punkt 28 angeschlossen ist, da diese beiden Punkte durch den Kondensator 29 hochfrequent verbunden sind.

E«ne bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine weitgehend automatische Einsteilung der gesteuerten Gleichstromquelle 10 an ihrem Steueranschluß 11 durch eine geeignete elektrische Größe, die aus dem Meßwert eines Meßorgans entsteht

Hierbei ist es nicht erforderlich, eine hochfrequente Messung der Signalamplitude zu machen. Ein solches Meßorgan kann sich in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung darauf beschränken, in der Anordnung nach F i g. 1 und 2 einen Gleichstrom oder eine Gleichspannung zu messen. Man mißt beispielsweise den Gleichstrom Ir, der in den Steueranschluß 3 des Dreipols hineinfließt, oder die Gleichspannung U₀ der Steuerstrecke zwischen den Punkten 3 und 4 mit Hilfe eines Spannungsmessers. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der Punkt 3 ein hochohmiger Punkt ist und jede impedanzmäßige Belastung dieses Punktes durch den Gleichspannungsmesser die Signalspannung der Steuerstrecke 3, 4 vermindert. Daher muß ein am Punkt 3 angeschlossener Gleichspannungsmesser hochfrequent eine sehr hochohmige Eingangsimpedanz haben.

Vorteilhaft ist es, das Meßorgan für Gleichspannung

oder Gleichstrom nicht in der Eingangsschaltung der aktiven Antenne anzubringen, sondern innerhalb des elektronischen Dreipols 5 an einer geeigneten Stelle. Innerhalb dieses Dreipols sind die Meßvorgänge von der impedanzmäßig kritischen Eingangsschaltung der aktiven Antenne entkoppelt und die Impedanz des Meßorgans belastet die Eingangsschaltung nicht. Auch die Gleichströme sind dort wegen der Stromverstärkung der Transistoren größen Bevorzugt wird daher das Meßorgan auf der Ausgangsseite des Eingangstransistors des Dreipols 5 angebracht. F i g. 2 zeigt als Beispie! die gesteuerte Gleichstromquelle 10 mit ihrem Steueranschluß 11, der über eine Übertragungsstrecke 30 an den Ausgangsanschluß 19 angeschlossen ist. Über die Widerstandskombination 34 und 31 wird in Verbindung mit dem Kondensator 32 am Purnkt 19 eine Gleichspannung abgeleitet, die der Gleichspannung U₀ zwischen den~Klemmen 3 und 4 proportional ist. Die Regelschleife wird über die Übertragungsstrecke 30 geschlossen. Damit wird Iz bei jeder beliebigen Signalaussteuerung durch den Regelvorgang so eingestellt, daß sich für die Gleichspannung LZ₀ ein bestimmter, durch die Regelung einzustellender, Wert ergibt.

F i g. 3 zeigt als Beispiel eine Antennenschaltung, bei der der elektronische Dreipol 5 aus 2 Transistoren 38 und 39 besteht, wobei der Eingangstransistor 38 ein Feldeffekttransistor und der zweite Transistor 39 ein bipolarer Transistor ist, dessen Basis an die Quellelektrode des Feldeffekttransistors angeschlossen ist. Das Meßorgan, bestehend aus dem Widerstand 31 und dem Kondensator 32 liegt in der Ausgangsseite des zweiten Transistors und ergibt am Anschluß 19 eine Gleichspannung. Die Übertragungsstrecke 30 ist hier eine leitende Verbindung der Punkte 19 und 11, so daß die an 19 entstandene Meßwert-Gleichspannung am Steueranschluß 11 die gesteuerte Gleichstromquelle 10 steuert Im Beispiel der F i g. 3 ist eine automatische und sehr einfache Regelschaltung angegeben. Hierbei ist aus einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 35 und 36, am Pumkt 37 eine aus der Betriebsspannung der aktiven Antenne abgeleitete Gleichspannung erzeugt Die Steuerspannung des Transistors 10 ist die Differenz der Gleichspannungen, die an den Punkten 11 und 37 liegen. Durch geeignete Wahl des Spannungsteilers ist diese Steuerspannung so eingestellt daß sie bei kleinen Signalamplituden einen solchen Wert hat daß der Transistor 10 aus schon genannten Gründen nur seinen sehr kleinen Ruhestrom führt Wächst mit wachsender Signalamplitude die Spannung zwischen Punkt 19, bzw. 11 und Punkt 28 an, so wächst der Strom I₇ des Transistors 10, wie es erfindungsgemäß vorgesehen ist. Dadurch wächst die Spannung zwischen den Punkten 3,4 und die Spannung am Widerstand 31 nimmt ab. Es entsteht so ein Regelkreis, der so wirkt, daß die Gleichspannung an der Steuerstrecke 3,4 des elektronischen Dreipols 5 sich mit wachsender Signalamplitude weniger verkleinert als ohne diesen Regelkreis, und die Übersteuerung durch große Signalamplituden geringer ist Insbesondere können die Bestandteile des Regelkreises so gewählt werden, daß die Gleichspannung an der Steuerstrecke 3, 4 des Dreipols 5 nicht unter einen vorgeschriebenen Grenzwert sinkt
Der Widerstand 36 kann durch eine Zenerdiode ersetzt werden, wodurch die Gleichspannung zwischen den Punkten 28 und 37 stabilisiert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Aktive Unipol-Empfangsantenne, deren passiver Antennenteil an die beiden Eingangsklemmen der Eingangsstrecke eines einen Feldeffekttransistor oder einen äquivalenten elektronischen Dreipol mit kapazitiv hochohmigem Eingang enthaltenden Verstärkers angeschlossen ist, bei der parallel zur Eingangsstrecke eine Gleichspannungsquelle in Serie mit einem großen Gleichstromwiderstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsstrecke (3, 4) aus einer zusätzlichen durch eine Regeleinrichtung gesteuerten Gleichstromquelle (10) sin zusätzlicher Gleichstrom (Iz) zugeführt ist, dessen Richtung die gleiche ist wie das des Ruhestromes (Ir) des Feldeffekttransistors (5) und dessen Größe so gesteuert ist, daß sie bei kleinen Signalamplituden sehr klein ist und mit wachsenden Signalamplituden größer wird, derart, daß be: Änderung der Signalamplitude die Gleichspannung (Uo) zwischen den Klemmen (3, 4) der Eingangsstrecke des Verstärkers weitgehend konstant ist.