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Anpassungsschaltung für die Anschaltung einer Hochfrequenz-
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quelle, insbesondere eines Senders und/oder Empfangers, an ein Belastungsnetzwerk
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anpassungsschaltung, wie im Oberbegriff des
Patentanspruches angegeben.
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Es sind schon eine Reihe von Anpassungsnetzwerken insbesondere zur
Anpassung von Sendern an ihre Antenne bekannt, die im einfachsten Fall aus Ualbgliedern
mit unterschiedlichen einstellbaren Reaktanzen oder komplizierteren Netzwerken,
beispielsweise -Gliedern, mit mehr als zwei einstellbaren Reaktanzen bestehen (U.
Rohde: Die Anpassung kurzer Stabantennen für KW-Sender, Funkschau 19?4, Heft ? S.
227 - 230; E. Koch: Universal-Antennenanpassgerät mit Stehwellenmeßbrücke, Funkschau
1978, Heft 6, S. 254 - 256).
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Die meisten Anpaßgeräte sind vorzugsweise für kapazitive An~tennenimpedanzen
geeignet (vgl. die an erster Stelle
genannte Literaturstelle), oder
es ist mehr als eine Umschaltmöglichkeit vorgesehen. Im letztgenannten Fall eignen
sie sich zwar auch für induktive Äntenntenimpedanzen, die Vielzahl der Schaltmöglichkeiten
hat neben dem höheren Aufwand aber den Nachteil, daß evtl. eine Vielzahl von Abstimmversuchen
durchzuführen ist.
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Bei einer anderen bekannten Anpassungsschaltung (DE-ÄS 23 53 769)
ist zwar die Abstimmung einfach, aber durch sehr pauschal gehaltene Angaben, werden
so viele Schaltungsmöglichkeiten erfaßt, daß es dem Leser überlassen bleiben muß,
für den jeweiligen Anwendungsfall die günstigste Schaltung auszuwählen. Zwar wird
mit der Gesamtheit der acht denkbaren Schaltungen die gestellte Aufgabe gelöst,
eine vollautomatische Anpassung zu ermöglichen, und zwar sowohl wenn der Widerstand
des Belastungsnetzwerkes kleiner ist als auch dann, wenn dieser Widerstand größer
als der eines Sender-Empfängers ist; in der Detailbeschreibung wird dann allerdings
ein Weg zur Auswahl der richtigen Schaltung angegeben, der letztlich dazu führt,
daß nicht weniger als fünf Schaltungen für einen Frequenzbereich von 20 bis 80 NHz
zur Abdeckung des gesamten Anpassungsbereiches empfohlen werden mit mindestens zwei
einstellbaren Induktivitäten und zwei Kapazitäten und der Folge, daß schließlich
doch mehr als eine Umschaltmöglichkeit vorgesehen werden muß.
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In Fig. 1 sind die prinzipiellen acht Schaltungsmöglichkeiten in den
Teilbildern a bis h dargestellt, die einerseits unter Ausnutzung der möglichen Schalterstellungen
T und R des Schalters Rl entstehen und andererseits durch unterschiedliche Bestückung
des Längszweiges und des Querzweiges mit unterschiedlichen Reaktanzen.
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In einer der Fig. 2 entsprechenden Figur wird dann in der DE-AS 23
53 769 ein konretes Ausführungsbeispiel angegeben, das durch insgesamt 5 Umschalter
(zusammengefasst zu Umschaltern R1, R2, R3) auf fünf verschiedene Arbeitsfrequenzbereiche
zwischen 20 und 80 Megahertz eingestellt werden kann.
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Dabei setzt sich der Querzweig 5 zwischen der Eingangsklemme 3 und
der Ausgangsklemme 2 aus der Reihenschaltung einer einstellbaren Induktivität Lv,
einer. Induktivität Lf (kurzschließbar durch den Kontakt Kl des Umschalters R3 in
der Schaltstellung R) und einer Kapazität C (kurzschließbar durch einen Kontakt
K1 des Umschalters R2) zusammen, während im Querzweig 6 angeordnet sind: eine einstellbare
Induktivität L'v (steuerbar über eine Steuerklemme 8), eine Induktivität L'f (kurzschließbar
über einen Kontakt K? des Umschalters R7) und eine Kapazität C' (kurzschließbar
über einen Kontakt K? des Umschalters R2).
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In Fig. 3, Teilbilder i bis m, sind die fünf Schaltungsmöglichkeiten
angegeben, die sich aus Fig. 2 ergeben, mit den zugehörigen Frequenzbereichen und
Schalterstellungen T bzw.
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R der Umschalter Rl bis R3. Zusätzlich ist in den Teilbildern i bis
m in Klammern angegeben, welchen der Teilbilder Fig.la bis h sie jeweils entsprechen,
wobei es jeweils zwei Möglich keiten gibt, aenachdem ob in dem Zweig, in dem sich
sowohl eine Induktivität als auch eine Kapazität befindet, die Reaktanz der einen
oder anderen überwiegt.
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Durch die Umschaltbarkeit der Anordnung nach Fig. 2 mit Hilfe von
insgesamt fünf Eontaktarmen ist es also möglich, die in Fig. 3 gezeigtan fünf SchaAtungsvarianten
zu erzielen und damit alle Impedanzen anzupassen, deren Punkte sich im Smith-Diagramm
befinden, vorausgesetzt, daß sich die Reaktanzen des Längs- bvw. Querzweiges in
einem genügend großen Bereich variieren lassen.
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*) (steuerbar iiber eine Steuerklemme 7)
Gegenüber
der noch recht umständlich anmutenden bekannten Anpassungsschaltung ist es nun Aufgabe
der Erfindung, eine Anpaßeinrichtung sowohl für kapazitive als auch induktive Belastungsnetzwerke
(z.B. Antennen) anzugeben, die eine geeignete Impedanztransformation (z.B. bei LW-,
MW-, und KW-Antennen zum Betrieb entsprechender Sender, besonders dann, wenn die
Impedanz unbekannt oder variabel (bedingt durch unterschiedliche Umwelt) ist) ermöglicht,
90 daß eine einfache, vollautomatische Abstimmprozedur angewendet werden kann, wobei
die Anzahl der Schaltmöglichkeiten möglichst gering ist. Dabei soll es im Prinzip
möglich sein, allein durch die Einstellung zweier Reaktanzen und die Umschaltung
eines Schalters für sämtliche Impedanzen innerhalb eines vorgegebenen Bereiches
eine Anpassung zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Anpassungsschaltung
mit den Merkmalen des Patentanspruches.
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Vereinfacht ausgedrückt sind die dabei zugrunde liegenden Gedanken
folgende: Ausgehend von der bekannten Anpassungsschaltung bevorzugt für die Anschaltung
einer Antenne an einen Sendeempfänger, wobei eine einstellbare Reaktanz in einem
Längs zweig vorgesehen ist und eine zweite einstellbare Reaktanz in einem Querzweig
der durch einen Schalter entweder mit dem Anfangs-oder dem Endpunkt der ersten Reaktanz
verbunden werden kann, wird durch die Erfindung eine Auswahl unter den acht denkbaren
Schaltungsmöglichkeiten, von denen fünf im Detailvor beschrieben sind, getroffen,
um auf diese Weise mit nur zwei einstellbaren Reaktanten und nur einem einzigen
Schalter für den gesamten denkbaren Anpassungabereich auszukommen;
dabei
wird entweder als erste Reaktanz eine Induktivität und als zweite eine Kapazität
gewählt oder als erste Reaktanz eine Kapazität und als zweite eine Induktivität.
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Anhand von Fig. Lj: bis h wird dies noch näher erläutert: Hier sind
Smith-Diagramme gezeigt, die den Schaltungsmöglichkeiten nach den Teilfiguren Fig.
la bis h in der richtigen Reihenfolge zugeordnet sind. Dabei werden die L ngsinduktivitäten
bzx. Lcingskapazitäten im folgender bzw. CR und die Querinduktivitäten bzw. -kapazitäten
jeweils LP bzw. Cp genannt. In die Smith-Diagramme ist jeweils der beim Abstimmen
auftretende Impedanzverlauf am Beispiel einer willkürlich gewählten Antennenimpedcsnz
durch Pfeile eingezeichnet, die der gerade jeweils veränderten Induktivität bzw.
Kapazität zugeordnet sind.
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Außerdem ist durch Schraffur der jeweils überstreichbare Impedanzbereich
hervorgehoben.
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Schon aus der Fig. 3 ist zunächst ersichtlich, daß mit der bekannten
Anordnung gemäß Fig. 2 die Schaltungsanordnungen a, b, d, g und h der Fig. 1 verwirklicht
werden können; wenn man sich die zugehörigen Smith-Diagramme in Fig. 4 ansieht,
so erkennt man, daß beispielsweise in der Kombination der Schaltungen a und b nicht
das ganze Smith-Diagramm durch die schraffiert eingezeichneten Abstimmbereiche abgedeckt
werden können. Nimmt man die Schaltung d hinzu, so bleibt im linken nnd oberen Teil
des Smith-Diagramms immer noch ein/atstimmbarer Bereich (nicht schraffiert) übrig,
dersellstdurch Hinzunahme der Schaltungsmöglichkeit g mit dem Teil-Smith-Diagramm
g der Fig.4 nicht abgedeckt werden kann. Die weitere Hinzunahme des Smith-Diagrammes
n mit dem dort schraffierten Bereich ermöglicht erst die vollständixe Abdeckung
des ganzen Smith-Diagrammes.
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Hier kommt nun die Erfindung zum Zuge durch Auswahl derjenigen Schaltungsmöglichkeiten
aus Fig. 1 (nämlich c, d -oder g, h), mit denen sich auf frappierend einfache Weise
das usramte Smith-Diagramm abdecken läßt, obwohl jeweilsftwei einstellbare Reaktanzen
und ein einziger Umschalter vorgesehen sind. Die Teilbildpaare c-d und g-h verdeutlichen
dies: Die schraffierten Bereiche der Einzelbilder innerhalb jedes Paares greifern
so ineinander, daß das ganze Smithdiagramm im ersten Fall durch die schraffierten
Bereiche der Bilder c und d und im zweiten Fall durch die schraffierten Bereiche
der Bilder g und h in Fig. 4 abgedeckt wird. In der Praxis wird die Ausführungsform
nach Fig. 1g und h bevorzugt; bei der Anwendung dieser Schaltung zur Anpassung eines
Senders an seine Antenne hat man dabei den Vorzug zusätzlicher Oberwellensiebung
durch die einstellbare Längsinduktivität; wird das Anpassungsnetzwerk nach Fig.
Ig, h zwischen einem Empfänger und seiner Empfangsantenne benutzt, so hat es den
Vorzug, daß die Längsinduktivität als zusätzlicher Schutz gegen Blitzimpulse wirkt.
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Durch die erfindungsgemäße Anpassungsschaltung ist eine problemlose
Anpassung selbst an so unterschiedliche Antennen wie Rahmen- und Peitschenantennen
möglich, obwohl nur ein einziger Umschalter vorgesehen sein muß.