DE2656931C3 - Ausgangsfilter für zusammenschaltbare Hochfrequenzgeräte - Google Patents

Description

VHF-Geräte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind aus der Praxis bekannt und werden z. B. in großem Umfang als passive (z. B. Weichen) oder aktive (z. B. Verstärker) Bausteine in Gemeinschaftsantennenanlagen eingesetzt, vo sie in der Regel an eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen sird. Die Koppeldämpfung zwischen den Ausgängen derart zusammengeschalteter HF-Geräte muß einen hohen Wert aufweisen, damit die am Ausgang der HF-Geräte zur Verfügung stehende HF-Energie nicht in die anderen Geräte gelangt sondern möglichst vollständig über die Sammelleitung zu den Verbrauchern. Die Belastung der einzelnen HF-Geräte durch die hinzugeschalteten soll also gering sein. Dieses Ziel ist nur dadurch erreichbar, daß die Ausgangsschaltung jedes HF-Gerätes im Betriebsfrequenzbereich der anderen HF-Geräte einen hohen Widerstand aufweist. Zu diesem Zweck werden Hochfrequenzgeräte der genannten Art mit Ausgangsfiltern versehen, bei denen man bemüht ist, eine große Flankensteilheit der Durchlaßkurve und einen möglichst hohen Widerstand für alle Frequenzen außerhalb des Betriebsfrequenzbereiches zu erzielen.

Grundsätzlich kommen hierfür Hoch- und Tiefpässe, sowie Bandfilter in T- bzw. ;r-Schaltung in Betracht. Die beiden erstgenannten Ausführungen scheiden aus, weil sie nicht universell verwendbar, sondern nur mit HF-Geräten in bestimmten Frequenzbereichen zusammenschaltbar sind. Aber auch Kanalbandpässe in T-Schaltung sind für den genannten Zweck wenig geeignet, weil sie verhältnismäßig schlechte Selektionseigenschaften aufweisen und vor allem die Realisierung ihrer Bauteile äußerst schwierig ist, insbesondere wenn die Filter durchstimmbar sein sollen, weil die Kapazitäten im Längszweig bzw. die Induktivitäten im Querzweig sehr kleine Werte aufweisen müssen. Außerdem treten wegen der benötigten großen Induktivitäten im Längszweig, die mit Rücksicht auf praktisch vertretbare Abmessungen nur mit »gcbackcncn« Kupferlackspulen hoher Windungszahl erreichbar sind, im UHF-Bereich Resonanzen und damit Pcgcleinbriicnc bis zu 5 dB in einem clorl benutzten Kanal auf.

In der Praxis finden daher vielfach π-Glieder mit kapazitiver Auskopplung Verwendung, bei denen keine UHF-Resonanzen auftreten und die mit normalen Bauelementen verhältnismäßig einfach realisierbar sind.

Allerdings sind damit die gewünschten geringen Belastungen nur der Geräte mit tieferem Betriebsfrequenzbereich durch solche mit höherem (typisch 0,5 dB), sowie der Geräte im gleichen Freuqenzbereich (z. B. VHF-Bereich III) untereinander (typisch 0,5 dB im

Übernachbarkanal) erreichbar. Die Belastung von Geräten in höherem Frequenzbereichen, insbesondere in den UHF-Bereichen ist jedoch mit typisch ca. 2 dB pro belastendes VHF-Gerät für den praktischen Einsatz zu groß.

ι? Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es denkbar, die Koppelkapazität am Ausgang des π-Gliedes durch eine entsprechende Induktivität gemäß F i g. 1 zu einem Serienresonanzkreis zu ergänzen, dessen Resonanzfrequenz im Betriebskanal liegt Bei einer derartigen Schaltung ist durch die transformierende Eigenschaft des oberhalb der Resonanzfrequenz als Induktivität wirkenden Serienresonanzkreises die Belastung von damit zusammengeschalteten UHF-Geräten auf etwa 1 dB je belastendes VHF-Gerät reduziert. Dafür ist

2ϊ jedoch die Belastung für Geräte im gleichen Frequenzbereich auf ca. 2 dB im Übernachbarkanal angewachsen. Dieser Wert ist für viele AnwendungsfSlle zu hoch; er bedeutet, daß z. b. in Gemeinschaftsanlagen mit maximaler Bestückung des VHF-Bereiches (einmal

Jo LMK, einmal UKW, einmal Bereich I, viermal Bereich III) für das Gerät mit der höchsten Kanalziffer im Bereich III eine Belastung von ca. 8 dB auftritt, dem Verbraucher also nur noch etwa 15% der Verstärkerausgangsleistung zur Verfügung steht. Eine Abhilfe

v> dagegen wäre nur durch Einsatz größerer und damit teuerer Verstärker möglich. Außerdem ist ein derartiges Ausgangsfilter aus folgenden Gründen nur sehr schwer zu realisieren: Die Resonanzimpedanz des ^-Gliedes beträgt etwa 1 kOhm, der Anschlußwiderstand im Normalfall 75 Ohm. Nachdem die i'.iiridwiderstände im Betriebskanal verschwinden, muß der Verlustwiderstand des Serienkreises für Anpassung sehr hoch sein. Dies ist nur erreichbar durch eine sehr große Induktivität, wodurch notwendigerweise die Kapazität

4> sehr klein wird (etwa 0,1 pF). Die Realisierung derartiger Bauteile ist nur mit sehr großem Aufwand erreichbar. Überdies führt die große Windungszahl der Spule und damit die hohe Windungskapazität zu den bereits beschriebenen störenden Resonanzen im UHF-

V) Bereich. Zur Verbesserung dieses äußerst ungünstigen LC-Verhältnisses hat man bei aus der Praxis bekannten VHF-Geräten der genannten Art den Serienresonanzkreis nicht am Kopf des π-Gliedes angeschlossen, sondern an einem Anzapfpunkt der Spule des

Y> zugeordneten Parallelresonanzkreises, an dem die Impedanz nur etwas größer ist als die Anschlußimpedanz des gesamten Filters. Dadurch ist die Realisierbarkeit der Schaltung erheblich günstiger geworden, weil die Serienkreiskapazität nunmehr etwa 0,5 pF betragen

w) kann. Die Spule ist dagegen nur relativ geringfügig kleiner dimensionierbar, so daß die Verluste und damit die Durchgangsdämpfung nach wie vor verhältnismäßig groß und Pcgeleinbrüche durch Eigenresonanzen im UHF-Bereiuh zwar mit geringerer Amplitude auftreten,

■■■, aber nicht vermieden sind. Außerdem ist der Anschluß des Serienresonanzkreises am Anzapfpunkt äußerst kritisch, da schon geringste Abweichungen vom optimalen OrI zu starken Verschlechterungen der

Anpassung führen. Sie stellt einen wesentlichen Nachteil für die Serienfertigung dar.

Überdies sind die Werte für die Belastung zugeschalteter Geräte denen der vorbeschriebenen Schaltung gleich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, VHF-Geräte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, bei denen unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile auf möglichst einfache und kostensparende Weise eine möglichst geringe Belastung der zugeschalteten Hochfrequenzgeräte unabhängig von to deren Betriebsfrequenzbereich erreicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch entsprechende Bemessung der Bauteile des Serienresonanzkreises dessen Resonanzfrequenz zwischen dem höchsten verwendeten VH F-Kanal und dem niedrigsten benutzten UHF-Kanal liegt. Dadurch wirkt der Serienresonanzkreis im VHF-Betriebskanal als Kapazität, welche bei richtiger Dimensionierung (Blindwiderstand ca. 900 Ohm) die impedanz des Λτ-Gliedes (etwas 1 kOhm) auf die Anschlußimpedanz (75 Ohm) transformiert. Die dafür nötigen Werte der Bauteile des Serienresonanzkreises (C«i pF, L= Ί50 11H) sind ohne weiteres realisierbar, wobei der Verlustvviderstand verhältnismäßig klein ist, so daß bei guter Anpassung eine geringe Durchgangsdämpfung erreicht ist. Vor allem aber bewirkt die erfindungsgemäße Maßnahme eine entscheidende Verringerung der gegenseitigen Belastung zusammengeschalteter Hochfrequenzgeräte, und zwar unabhängig von deren Betriebsfrequenzbereich. Dies ist darauf zurückzuführen, daG für die jo Übernachbarkanäle im VHF-Bereich das π-Glied niederohmig ist, so daß der Anschlußimpedanz im wesentlichen der Blindwiderstand des Serienkreiskondensators parallel geschaltet ist und im UHF-Bereich der Serienresonanzkreis als Induktivität wirkt, deren j-> Blindwiderstand bereits am Bereichsanfang relativ hoch ist und proportional zur Frequenz ansteigt. Dadurch geht die Belastung je VHF-Gerät auf Werte unterhalb der Meßbarkeitsgrenze (0,1—0,2 dB) zurück und beträgt selbst bei vier zusammengeschalteten VHF-Ver- -to stärkern entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nur etwa 0,5 dB in allen benutzten Kanälen des VHF- und UHF-Bereichs. Es ist also nicht nur eine in allen Frequenzbereichen gleichmäßig geringe Belastung erreicht, sondern darüber hinaus auch noch eine Verbesserung gegenüber dem bisher günstigsten Wert bei einem Delastenden VHF-Gerät (etwa 0,5 dB).

Außerdem ist die Serienkreisinduktivität so klein, daß keine Eigenresonanzen im UHF-Bereich und damit Pegeleinbrüche bei UHF-Geräten entstehen. Schließ- ">o lieh kann der Serienresonanzkreis auf Grund seines günstigen LC-Verhältnisses ohne weiteres am Kopf des /-r-Gliedes, d. h. direkt an dessen Koppelkapazität angeschlossen werden, wobei die Lage des Anschlusses völlig unkritisch ist, so daß das Filter auch für die ^Γή Serienfertigung bestens geeignet ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme steht also eine elegante und überraschend einfache Lösung des geschilderten, seit Jahren bestehenden Problems ohne die geringste Verteuerung gegenüber dem Stand der m> Technik zur Verfügung, Damit ist der Anmeldungsgegenstand auch von bedeutender wirtschaftlicher Tragweite, weil — besonders bei großen Gemeinschaftsantennenanlagen — mindestens die Verwendung kostengünstigerer Verstärker, wenn nicht gar deren Einspa- ι·> rung ermöglicht ist.

Eine Lösung nach Anspruch 2 bietet den Vorteil, daß die VHF-Gcrätc unabhängig davon, mit welchen Geräten sie später zusammengeschaltet werden, hergestellt werden können. Dies bedeutet eine wesentliche Vereinfachung und Verbüligung in Fertigung, Prüfung und Lagerhaltung.

Bei VHF-Geräten nach Anspruch 3 ist ein zusätzlicher Vorteil erreicht, der besonders im Hinblick auf die am 1- 7.78 in Kraft tretenden Vorschriften bezüglich der Fremdsignal-Störfestigkeit gemäß Verfügung Nr. 173/76 der Deutschen Bundespost bedeutsam ist. Störsignale, deren Frequenzen außerhalb der Rundfunkfrequenzbereiche liegen (Fremdsignale), z. B. im 432 MHz — Band der Funkamateure, können z. B. durch Direkteinstrahlung oder auch mit der entsprechenden Dämpfung über die Antennen und die nachgeschalteten Hochfrequenzgeräte auf die Sammelleitung und von dort auf einen nachfolgenden Bereichsverstärker gelangen, bei dem dann unter Umständen der vorgeschriebene Störabstand nicht mehr eingehalten ist. Ein nach Anspruch 3 auf die Frequenz des Störsignals abgestimmter Serienresonanzkreis stellt jedoch für das Störsignal einen kleinen Widersta:: i dar, der parallel zürn Eingang des Bereichsverstärkurs liegt und den Anteil des in dieser, gelangenden Störsignals wesentlich dämpft.

Diese Störsignalunterdrückung ist durch eine Ausgestaltun? nach Anspruch 4 noch verbessert, weil der dem Eingangswiderstand des Bereichsverstärkers parallel liegende Widerstand noch kleiner ist.

Die F i g. 2 und 3 zeigen ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäßen VHF-Verstärker und deren Auswirkung auf die Ausgangspegel der zusammengeschalteten Verstärker. Dabei ist Fig. 2 die Prinzipdarstellung einer Gemeinschafts-Antennenanlage ohne das Verteilernetz, mit vier VHF- und einem UHF-Verstärker. In Fig. 3 sind in vergleichender Weise die Durchlaßkurven der einzelnen Verstärker gezeigt und zwar bei Einzelbetrieb (Kurve I) und bei Zusammenschaltung gemäß Fig.2 (Kurven II und IM). Die im VHF-Bereich III von der Antenne 1 empfangenen Signale in den Kanälen 5, 7, 9 und 11 werden in einer Frequenzweiche 2 getrennt und jeweils einem VHF-Kant.'.verstärker 3 zugeführt. Das im UHF-Bereich IV von der Antenne 4 empfangene Signal im Kanal 35 gelangt direkt zum UHF-Kanalverstärker 5. Die Ausgänge aller Verstärker 3, 5 sind an einer gemeinsamen Sammelleitung 6 angeschlossen, die am einen Ende durch einen Widerstand 7 reflexionsfrei abgeschlossen ist und am anderen Ende einen Anschlußpunkt 8 aufweist, an den das Verteilernetz der Gemeinschafts-Antennenanlage entweder direkt oder z. B. auch über einen Bereichs-Nachverstärker angeschlossen wird. Die Betriebsspannungsversorgung der Verstärker erfolgt aus dem Speisegerät 9 über die Leitung 10. Dieser Aufbau ist beispielhaft ausgewählt und könnte auch beliebig anders ausgeführt sein, insbesondere könnten noch mehr UHF-Verstärker -ind Geräte für die Frequenzbereiche LMKU benutzt sein.

Der Übersichtlichkeit halber ist bei Fi g. 3 angenommen, daß die Ausgangspegel aller Verstärker für sich alleine betrieben gleich sind (auf OdB normiert). Beim Zusammenschalten nach Fig.2 ergeben sich bei den VHF-Verstärkern mit bekannten Ausgangsfü'.ern, bei denen die Resonanzfrequenz des Serienrusonanzkreises im jeweiligen Betriebskanal liegt, die Kurven II. Sie zeigen, daß die Verstärker für Kanal 7, 9, 11 und 35 den Verstärker für den Kanal 5 nur minimal belasten, der Pegel bei den Verstärkern höherer Kanüle jedoch umso stärker sinkt, je mehr Verstarker niederer Kanäle mit

ihm zusammcngcschaltet sind.

Werden jedoch Ausgangsfilter nach der Erfindung verwendet, so ergeben sich die Kurven 111. wonach in allen belegten Kanälen die außerordentlich geringe Belastung von nur etwa 0,5 dB auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. VHF-Gerät zum ausgangsseitigen Zusammenschalten mit anderen VHF- und/oder UHF-Geräten, mit in π-SchaItung aufgebautem Ausgangsfilter, dem ein Serienresonanzkreis nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Bemessung des Serienresonanzkreises dessen Resonanzfrequenz zwischen dem im VHF-Bereich höchsten und im UHF-Bereich niedrigsten benutzten Kanal liegt

2. VHF-Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises zwischen dem VHF-Bereich III und dem UHF-Berich IV, also zwischen 300 und 470 MHz liegt

3. VHF-Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises mit der Frequenz eines bekannten Störsigna's übereinstimmt

4. VHF-Gerät nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet daß die Biindwidersiände des Serienresonanzkreises verlustarm aufgebaut sind.