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Eoppelschaltung für Rahmenantennen
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Die Erfindung betrifft eine Koppelschaltung zur Anpassung des Resonanzwiderstandes
einer Rahmenantenne an den Wellenwiderstand eines Speisekabels, wobei die Rahmenantenne
einen Parallelschwingkreis darstellt, bei dem der Rahmen die Induktivität und ein
zwischen den Rahmen-Anschlußstellen liegender, stufenlos regelbarer Abstimmkondensator
zur Resonanzabstimmung die Kapazität des Schwingkreises bilden, mit einer symmetrischen
Einspeisung über einen Impedanzwandler hinweg, dessen primärseitige Speiseleitungen
mit dem Speisekabel in Verbindung stehen und dessen beide sekundärseitigen Speiseleitungen
über jeweils einen Koppelkondensator zu den Rahmen-Anschlußstellen geführt sind.
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Der Resonanzwiderstand einer Rahmenantenne ist - als Parallelwiderstand
gesehen - sehr hochohmig, da er Werte zwischen 30k0hm und 120kOhm annimmt. Da der
Wellenwiderstand eines für die Rahmenantenne geeigneten Speisekabels niederohmig
ist und insbesondere bei einem üblichen Koaxialkabel nur 50 Ohm beträgt, ist eine
Anpassung der unterschiedlichen Widerstandswerte erforderlich. Diese hoch übersetzende
Anpassung kann nur mit einer Koppelschaltung aus Blindwiderständen, also Kondensatoren
und/oder Spulen realisiert werden. Da hierbei eine starke Frequenzabhängigkeit besteht,
muß bei jedem Resonanzabstimmungsvorgang, d.h. bei Jeder neuen Abstimmung auf eine
andere Frequenz auch die Widerstandsanpassung mit einer geeigneten Koppelschaltung
nachgeregelt werden.
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In dem Siemens - Prospekt "200 - W - Rahmenantenne für mobilen und
stationären Einsatz 1,5 bis 9,5 MHZ" aus dem
Jahre 1979 ist eine
Rahmenantenne beschrieben,die einen Vakuumdrehkondensator zur Resonanz ab stimmung
und eine aus zwei Koppelkondensatoren bestehende Koppelschaltung aufweist. Die beiden
Koppelkondensatoren werden dabei paarweise in sechs Stufen geschaltet, um bei einer
Frequenzzariation von 7:1 die Widerstandsanpassung optimal einstellen zu können.
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Die Einspeisung dieser bekannten Rahmenantenne erfolgt symmetrisch
über einen Impedanzwandler. Diese Art der Einspeisung ist auch schon aus der DE-AS
25 33 868 bekannt.
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Bei den bekannten beschriebenen Rahmenantennen können bei höheren
Sendeleistungen, z.B. 1 KW, Schwierigkeiten bezüglich der Koppel schaltung auftreten.
So kann die paarweise Umschaltung der Koppelkondensatoren in sechs Stufen wegen
der höheren HF-Spannung mit handelsüblichen Schaltern kaum noch einwandfrei durchgeführt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Rahmenantenne eine
mit kapazitiver Ankopplung arbeitende Koppelschaltung anzugeben, die über einen
größeren Frequenzbereich eine breitbandige Widerstandsanpassung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Koppelschaltung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Koppelkondensatoren als Festkondensatoren
ausgebildet sind, daß zum Impedanzwandler in Richtung zu den beiden Koppelkondensatoren
ein oder mehrere Vierpole in Kette geschaltet sind, die eingangsseitig in ihren
beiden, die sekundärseitigen Speiseleitungen des Impedanzwandlers darstellenden
Längszweigen jeweils einen weiteren Festkondensator und
in einem
ausgangsseitigen Querzweig Jeweils eine Induktivität aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Vierpol bzw.
die Vierpole bei hohen Frequenzen als Hochpaß und bei tieferen Frequenzen als symmetrischer
Abwärtstransformator zur Widerstandsanpassung wirken.
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin,
daß diese aus festen Blindelementen bestehende breitbandige Koppelschaltung wegen
der nicht erforderlichen Umschaltung der Koppelkondensatoren auf einfache Weise
hochspannungsfest aufgebaut werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen
2 bis 4 angegeben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Koppelschaltung
gemäß der Erfindung Fig. 2 Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Koppelschaltung
gemäß der Erfindung Fig. 3 Eine Koppelschaltung nach dem Stand der Technik.
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Zunächst wird eine bekannte Koppel schaltung an Hand der Fig. 3 näher
erläutert. In Fig. 3 ist ein als Induktivität wirkender kreisförmiger, aus einer
Windung bestehender Rahmen einer Rahmenantenne RA dargestellt. Zwischen den zwei
Rahmen-Anschluß stellen 1, 1' liegt ein stufenlos regelbarer Abstimmkondensator
C1 zur Resonanzabstimmung. Der Abstimmkondensator C1 ist als Vakuumdrehkondensator
ausgebildet.
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Die symmetrische Einspeisung wird über einen Impedanz-
wandler
IW hinweg vorgenommen. Der Impedanzwandler IW ist dabei als passiver Symmetrierübertrager
ausgebildet.
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Die primärseitigen Speiseleitungen des Impedanzwandlers 1W sind mit
einem Speisekabel Sp, das einen Wellenwiderstand RW aufweist, verbunden. Das Speisekabel
Sp ist als Koaxialkabel ausgeführt. Die beiden sekundärseitigen Speiseleitungen
des Impedanzwandlers IW sind über jeweils einen Koppelkondensator Cv, Cv' zu den
Rahmen-Anschlußstellen 1, 1' geführt. Die beiden Koppelkondensatoren CV, CV' dienen
der Anpassung des Reso-.
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nanzwiderstandes der Rahmenantenne RA an den Wellenwiderstand RW des
Speisekabels Sp. Die Koppelkondensatoren Cv, CV' werden hierzu paarweise z.B. in
sechs Stufen von 12 pF bis 67 pF umgeschaltet.
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Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel einer Koppelschaltung gemäß
der Erfindung. Sie unterscheidet sich vom Stand der Technik nach Fig. 3 dadurch,
daß an die Stelle der beiden paarweise umschaltbaren Koppelkonden satoren CV, Cv'
die zwei als Festkondensatoren ausgebildeten Koppelkondensatoren C2, C2' treten.
Darüber hinaus ist zu dem Impedanzwandler IW in Richtung zu den beiden Koppelkondensatoren
C2, C2' ein Vierpol VP1 in Kette geschaltet. Dieser Vierpol VP1 weist zwei Längszweige
und einen ausgangsseitigen Querzweig auf. Die beiden Längszweige stellen dabei die
sekundärseitigen Speiseleitungen des Impedanzwandlers IW dar. Jeder Längszweig enthält
einen weiteren Festkondensator CD, bzw. C3'. Der ausgangsseitige Querzweig weist
eine Induktivität L1 auf. Da.die Einspeisung symmetrisch erfolgt, gilt für die Kapazitätswerte:
C2=C2' und C3=C3.
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Die Anpassung des an den Rahmen-Ansctilußstellenl, 1' vorliegenden
Resonanzwiderstandes Rp der Rahmenantenne RA an den Wellenwiderstand Rw des als
Koaxialkabel ausgebildeten
Speisekabels Sp wird auf eine Anpassung
der an den Anschlüssen 2, 2' bestehenden Impedanz Rm an die an der Sekundärseite
3, 3' des Impedanzwandlers IW auftretende Impedanz R. verlagert. Hierzu werden zunächst
die beiden Koppelkondensatoren C2, C2' bei der höchsten Betriebsfrequenz f0 der
Rahmenantenne RA für eine optimale Anpassung nach folgender Beziehung bemessen:
wobei f0 die höchste Betriebsfrequenz der Rahmenantenne RA, Ri die an der Sekundärseite
3, 3' des Impedanzwandlers IW auftretende Impedanz und Rp der an den Rahmen-Anschlußstellen
1, 1' anliegende Resonanzwiderstand der Rahmenantenne RA bedeuten.
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Bei der höchsten Betriebsfrequenz fO wirkt der Vierpol VP1 als Hochpaß,
so daß die Impedanz Rm zwischen den Anschlüssen 2, 2' der Impedanz Ri zwischen den
Anschlüssen 3, 3' entspricht. Mit tiefer werdender Frequenz steigt jedoch die Impedanz
Rm zwischen den Anschlüssen 2, 2' nach der Beziehung
laufend an. Hierin bedeutet f die Betriebsfrequenz der Rahmenantenne RA. Bei tiefer
werdender Frequenz wirkt der Vierpol VP1 zunehmend als symmetrischer Abwärtstransformator
und paßt die zwischen den Anschlüssen 2, 2' bestehende Impedanz Rm wieder ausreichend
genau an die an der Sekundärseite 3, 3' des Impedanzwandlers IW auftretende Impedanz
Ri an. Die Elemente L1, C3, C3'
des Vierpols VP1 werden dabei in
Abhängigkeit von der niedrigsten Betriebsfrequenz fu der Rahmenantenne RA wie folgt
bemessen:
Hierin bedeuten fu die niedrigste Betriebsfrequenz der Rahmenantenne RA und Rm die
zwischen den Anschlüssen 2, 2' bestehende Impedanz bei der niedrigsten Betriebsfrequenz
fu mit
In der nachfolgenden Tabelle sind konkrete Bemessungswerte für die einzelnen Schaltungselemente
nach Fig. 1 angegeben. Hierzu wurden zwei erprobte Rahmenantenne ausgewählt.
| 1. Rahmenantenne fu=1, 7MHz; 2. Rahmenantenne fu=2,74MHz; |
| fo=6,5MHz fo=11,7MHz |
| C2=C2, = 16 pFC2=C2, =10 pF |
| C3=C3, = 300-pF C3=C3, = 220 pF |
| L1 = 69µH L1 = 34µH |
| C1 = 35 - 1000 pF C1 = 20 - 750 pF |
| R. = 200 # R. = 200# |
| 1 1 |
| Rw = 5° Rw = 50# |
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Tabelle 1: Bemessungswerte der Schaltelemente einer Koppelschaltung
für Rahmenantenne gemäß der Erfindung.
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Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß die Koppel schaltung beider Rahmenantennen
breitbandig ausgelegt ist.
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Die 1. Rahmenantenne ermöglicht eine Anpassung im Frequenzbereich
zwischen 1,7 MHz und 6,5 MHz. Der Frequenzbereich für die 2. Rahmenantenne liegt
zwischen 2,74 MHz und 11,7 MHz.
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In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Koppelschaltung
nach der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1
dadurch, daß ein weiterer Vierpol VP2 vorgesehen ist, der sich zwischen der Sekundärseite
3, 3' des Impedanzwandlers IW und dem Eingang 4, 4' des ersten Vierpols VP1 befindet.
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Der zweite Vierpol VP2 weist ebenso wie der erste Vierpol VP1 in seinen
beiden Längszweigen jeweils einen Festkondensator C4, C4' und in seinem ausgangsseitigen
Querzweig eine Induktivität L2 auf. Die Verwendung des zweiten Vierpoles VP2 ermöglicht
eine Erhöhung des Frequenzbereiches oder eine Einengung der Fehleranpas-
sung.
Schließlich kann die Anpassung durch die Verwendung von mehr als zwei Vierpolen
noch weiter verbessert werden.
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Die vorhergehenden Ausführungen beziehen sich auf eine Koppelschaltung
für eine Rahmenantenne, die bevorzugt als Sendeantenne eingesetzt ist.
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Aufgrund des Reziprozitätsgesetzes gelten die gleichen Überlegungen
auch für den Einsatz einer solchen Rahmenantenne als Empfangsantenne.
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4 Patentansprüche 3 Figuren
L e e r s e i t e