DE3111983C2

DE3111983C2 - Koppelschaltung zur Anpassung einer Rahmenantenne an ein Speisekabel

Info

Publication number: DE3111983C2
Application number: DE19813111983
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim 8000 München Brandt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE3111983A1

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft eine Rahmenantenne (RA), bestehend aus einem Rahmen als Induktivität und einem zwischen den Rahmen-Anschlußstellen (1, 1Δ) liegenden Abstimmkondensator (C ↓1) als Kapazität, mit einer symmetrischen Einspeisung über einen Impedanzwandler (IW) hinweg, dessen beide sekundärseitigen Speiseleitungen über jeweils einen Koppelkondensator (C ↓2, C ↓2Δ) zu den Rahmen-Anschlußstellen geführt sind. Um über einen größeren Frequenzbereich eine automatische Anpassung während des Reso nanz abstimmungsvorganges zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, die beiden Koppelkondensatoren als Festkondensatoren auszubilden. Darüber hinaus werden zum Impedanzwandler in Richtung zu den beiden Koppelkondensatoren ein oder mehrere Vierpole (VP1, VP2) in Kette geschaltet. Jeder Vierpol (VP1) weist dabei je einen weiteren Festkondensator (C ↓3, C ↓3Δ) in seinen beiden Längszweigen und eine Induktivität (L ↓1) in seinem Querzweig auf. Eine mit der erfindungsgemäßen Koppelschaltung ausgerüstete Rahmenantenne ist insbesondere für den Einsatz als Sendeantenne im Kurzwellenbereich geeignet.

Description

C₂ = C₂

- 1

25

wobei

f„ die höchste Betriebsfrequenz der Rahmenan- jo tenne,

Ri die an der Sekundärseite (3, 3') des Impedanzwandlers f/WJauftretende Impedanz und

Rp den an den Rahmenanschlußstellen (1, 1') anliegenden Resonanzwiderstand der Rahmen- j5 antenne f/MJdarstellen,

daß vom Impedanzwandler in Richtung zu den beiden Koppelkondensatorer. ein Vierpol oder mehrere in Kette geschaltete Vierpole (VPi, VP2 ...) eingefügt ist bzw. sind, die eingangsseitig in ihren beiden, die sekundärseitigen Speiseleiter des Impedanzwandlers darstellenden Längszweigen jeweils einen weiteren Festkondensator (Ci, Cj' bzw. Ct, Ca') und in einem ausgangsseitigen Querzweig jeweils eine Induktivität (U, L₂) aufweisen, und daß die genannten Elemente des Vierpols bzw. der Vierpole so bemessen sind, daß er bzw. sie bei hohen Frequenzen als Hochpaß und bei tieferen Frequenzen als symmetrischer Abwärtstransformator zur Widerstandsanpassung wirkt bzw. wirken.

2. Koppelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler (IW) als passiver Übertrager ausgebildet ist.

3. Koppelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einer Rahmenantenne, die als Sendeantenne eingesetzt ist.

los regelbarer Abstimmkondensator zur Resonanzabstimmung die Kapazität des Schwingkreises bilden, mit einer symmetrischen Einspeisung über einen Impedanzwandler hinweg, dessen primärseitige Speiideiter mit dem Speisekabel in Verbindung stehen und dessen beide sekundärseitigen Speiseleiter über jeweils einen als Festkondensator ausgebildeten Koppelkondensator zu den Rahmen-Anschlußstellen geführt sind.

Eine derartige Koppelschaltung für eine Rahmenantenne ist aus der AT-PS 86 895 bekannt

Der Resonanzwiderstand einer Rahmenantenne ist — als Parallelwiderstand gesehen — sehr hochohmig.da er Werte zwischen 30 kOhm 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 andeie Frequenz, auch die Widerstandsanpassung mit einer geeigneten Koppelschaltung nachgeregelt werden.

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 Resonanzabstimmung und eine aus zwei Koppelkondensatoren bestehende Koppelschaltung aufweist. Die beiden Koppelkondensatoren werden dabei paarweise in sechs Stufen geschaltet, um bei einer Frequenzvariation von 7:1 die Widerstandsanpassung optimal einstellen zu können.

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.

Bei den bekannten beschriebenen Rahmenantennen können bei höheren Sendeleistungen, z. B. 1 KW, Schwierigkeiten bezüglich der Koppelschaltung auftreten. So kann die paarweise Umschaltung der Koppelkondensatoren in sechs Stufen wegen der höheren HF-Spannung mit handelsüblichen Schaltern kaum noch einwandfrei durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, für eine Rahmenantenne eine mit kapazitiver Ankopplung arbeitende Koppelschaltung anzugeben, die über einen größeren Frequenzbereich eine breitbandige Widerstandsanpassung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Koppelschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Koppelkondensatoren Folgendermaßen bemessen sind,

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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 Rahmenanschlußstellen liegender, stufen-

2nf„-R, · \/jf-

wobei

f„ die höchste Betriebsfrequenz der Rahmenantenne, Ri die an der Sekundärseite des Impedanzwandlers auftretende Impedanz und

Rp den an den Rahmen-Anschlußstellen anliegenden Resonanzwiderstand der Rahmenantenne darstellen,

daß vom impedanzwandler in Richtung zu den beiden Koppelkondensatoren ein Vierpol oder mehrere in Kette geschaltete Vierpole eingefügt iü bzw. sind, die eingangsseitig in ihren beiden, die sekundärseiligen Speiseleiter des Impedanzwandlers darstellenden Längszweigen jeweils einen weiteren Festkondensator und in einem ausgangsseitigen Querzweig jeweils eine Induktivität aufweisen, und daß die genannten Elemente des Vierpols bzw. der Vierpole so bemessen sind, daß er bzw. sie bei hohen Frequenzen als Hochpaß und bei tieferen Frequenzen als symmetrischer Abwärtstransformator zur Widerstandsanpassung wirkt bzw. wirken.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß diese aus festen Blindelementen bestehende, breitbandige Koppelschaltung wegen der nicht erforderlichen Umschaltung der Koppekondensa- ^2υ toren auf einfache Weise hochspannungsfest aufgebaut werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Koppelschaltung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Koppelschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Koppelschaltung nach dem Stand df Technik.

Zunächst wird eine bekannte Koppelschaltung an Hand der Fig. 3 näher erläutert. In F i g. 3 ist ein als Induktivität wirkender, kreisförmiger, aus einer Windung bestehender Rahmen einer Rahmenantenne RA dargestellt. Zwischen den zwei Rahmen-Anschlußstellen 1,1' liegt ein stufenlos regelbarer Abstimmkondensator Ci zur Resonanzabstimmung. Der Abstimmkondensator G ist als Vakuumdrehkondensator ausgebildet.

Die symmetrische Einspeisung wird über einen Impedanzwandler IW hinweg vorgenommen. Der Impedanzwandler /Wist dabei als passiver Symmetrieübertrager ausgebildet. Die primärseitigen Speiseleitungen des Impedanzwandlers /W 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, Γ geführt. Die beiden Koppelkondensatoren Cv, Cv dienen der Anpassung des Resonanzwiderstandes der Rahmenantenne RA an den Wellenwiderstand Rw des Speisekabels Sp. Die Koppelkondensatoren Cv. Cv werden hierzu paarweise z. B. in sechs Stufen von 12 pFbis67 pF umgeschaltet.

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 Koppelkondensatoren Ci-, 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 VPl 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 C₃ bzw. Ci'. Der ausgangsseitige Querzweig weist eine Induktivität L\ auf. Da die Einspeisung symmetrisch erfolgt, gilt für die Kapazitätswerte: Ci = Ci und C₃= Cj'.

Die Anpassung des an den Rahmen-Anschlußstellen 1, Γ 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 R_n, an die an der Sekundärseite 3, 3' des Impedanzwandlers IW auftretende Impedanz Ri verlagert. Hierzu werden zunächst die beiden Koppelkondensatoren Cz, C₂' bei der höchsten Betriebsfrequenz f_o der Rahmenantenne RA für eine optimale Anpassung nach folgender Beziehung bemessen:

C₂ = C₂ =

■ R,

/Λ

wobei

f_o die höchste Betriebsfrequenz der Rahmenantenne RA,

Ri die an der Sekundärseite 3, 3' des Impedanzwandlers /^auftretende Impedanz und

R° der an den Rahrien-AnschluBstellen 1, Γ anliegende Resonanzwiderstand der Rahmenantenne RA bedeuten.

Bei der höchsten Betriebsfrequenz f_o wirkt der Vierpol VPl als Hochpaß, so daß die Impedanz R_n, zwischen den Anschlüssen 2, 2' der Impedanz /?, zwischen den Anschlüssen 3, 3' entspricht. Mit tiefer werdender Frequenz steigt jedoch die Impedanz R_n, zwischen den Anschlüssen 2,2' nach der Beziehung

Rm =

2π/ -C₂

laufend an. Hierin bedeutet /die Betriebsfrequenz der Rahmenantenne RA. Bei tiefer werdender Frequenz wirkt der Vierpol VPl zunehmend als symmetrischer Abwärtstransformator und paßt die zwischen den Anschlüssen 2, 2' bestehende Impedanz R_n, wieder ausreichend genau an die an der Sekundärseite 3, 3' des Impedanzwandlers /Wauftretende Impedanz R, an. Die Elemente U, C₃, C₃' des Vierpols VPl werden dabei in Abhängigkeit von der niedrigsten Betriebsfrequenz f_u der Rahmenantenne RA wie folgt bemessen:

C, = C₃ =

ι ,τ f .

L₁ =

Hierin bedeuten

f„ die niedrigste Betriebsfrequenz der Rahmenantenne RA und

die zwischen den Anschlüssen 2, 2' bestehende Impedanz bei der niedrigsten Betriebsfrequenz f„ mil

Rn, =

R₁,

( 2 V \2nf_u C₁)

In der nachfolgenden Tabelle sind konkrete Bemessungswerte für die einzelnen Schaltungselemente nach F i g. 1 angegeben. Hierzu wurden zwei erprobte Rahmenantennen ausgewählt.

Tabelle 1

Remessungswerte der Schaltelemente einer Koppelschaltung fur Rahmenantenne gemäß der Erfindung

1. Rahmenantenne

/„ = 1.7MIIz;
./„ = h,5 MHz

2. Rahmenantenne

/;, = 2,74 Milz: ./„= 11,7 MHz

O = O = 16 pF
O = O = 300 pF
Z., =69μΗ
C₁ =35-lOOOpF
R, = 200u
R_n- = 50<i

O = O = 10 pF O = G = 220 pF L₁ = 34 !aH C₁ =20¹750pF R = 200ii R_n. = 5011

Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß die Koppelschaltung beider Rahmenantennen breitbandig ausgelegt ist. 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.

In F i g. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Koppelschaltung nach der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von demjenigen nach F i g. 1 dadurch.

ίο 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 VPl befindet. Der zweite Vierpol VP2 weist ebenso wie der erste Vierpol VPI in seinen beiden Längszweigen jeweils einen Festkondensator d, Cj' und in seinem ausgangsseitigen Querzweig eine induktivität /._> auf. Die Verwendung des zweiten Vierpols VP2 ermöglicht eine Erhöhung des Frequenzbereiches oder eine Einengung der Fehleranpassung. Schließlich kann die

ίο Anpassung durch die Verwendung von mehr als zwei Vierpolen noch weiter verbessert werden.

Die vorhergehenden Ausführungen beziehen sich auf eine Koppelschaltung für eine Rahmenantenne, die bevorzugt als Sendeantenne eingesetzt ist.

-,^ Aufgrund des Reziprozitätsgesetzes gelten die gleichen Überlegungen auch für den Einsatz einer solchen Rahmenantenne als Empfangsantenne.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

\. 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 Resonanzab-Stimmung die Kapazität des Schwingkreises bilden, mit einer symmetrischen Einspeisung über einen Impedanzwandler hinweg, dessen pi imärseitige Speiseleiter mit dem Speisekabel in Verbindung stehen und dessen beide sekundärseitigen Speiseleiter über jeweils einen als Festkondensator ausgebildeten Koppelkondensator zu den Rahmen-Anschlußstelltn geführt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koppelkondensatoren (C₂, C₂') folgendermaßen bemessen sind,