-
-
Abstimmdetektor für Rahmenantennen
-
Die Erfindung betrifft einen Abstimmdetektor für eine mit einem Abstimmkondensator
versehene Rahmenantenne unter Verwendung eines zwei Meßeingänge und einen Fehlerspannungsausgang
aufweisenden 90°-Phasendetektors.
-
Wie jede Leistungsanpassung an eine komplexe Last erfordert auch die
automatische Abstimmung einer Rahmenantenne eine getrennte Einstellung der Koppelelemente
nach Betrag und Phase.
-
Läßt man bei der Betragseinstellung (Anpassung) eine gewisse Welligkeit
zu, so kann man die Anpassung entweder durch Umschalten der Koppelelemente in Abhängigkeit
von der Frequenz fest vorgeben oder breitbandig ausführen.
-
Die Phaseneinstellung (Resonanz) erfolgt mit dem Abstimmkondensator
der Rahmenantenne. Dazu wird zweckmäßigerweise von einem Phasendetektor Gebrauch
gemacht, da die Richtung der Verstimmung an der Polarität der Fehlerspannung am
Ausgang des Phasendetektors eindeutig festzustellen ist.
-
Aus dem Aufsatz von J.Paterson, B.Wharton: "A new approachto compact
antennas n aus der Zeitschrift "Communications international", vol. 7, no. 3, März
1980 ist die Verwendung eines Abstimmkondensators und eines 90°-Phasendetektors
zur Abstimmung einer Rahmenantenne bekannt. Hierbei wird die Phasenlage zwischen
dem HF-Strom im Rahmen der Antenne und dem Strom in ihrem Einkoppelweg ausgewertet.
Die Antenne ist in diesem Fall richtig abgestimmt, wenn der Phasendetektor an-
zeigt,
daß ein Phasenunterschied von 900 zwischen den beiden genannten Strömen liegt. Doch
weist dieser bekannte Abstimmdetektor offensichtlich den Nachteil auf, daß sein
Fangbereich nicht sehr groß. ist. Es ist nämlich zusätzlich ein Mikroprozessor nötig,
um die Antenne abzustimmen. Die Verwendung des Mikroprozessors bringt darüber hinaus
einen erhöhten Steuerungsaufwand mit sich. Des weiteren ist dieser bekannte Abstimmdetektor
auf andersartig konstruierte Antennen und auf Antennen mit einer anderen Einspeisung,
z.B. kapazitiv, nicht anwendbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung eines 90°-Phasendetektors
für Rahmenantennen einen automatischen Abstimmdetektor mit einem großen Fangbereich
ohne den hohen Aufwand der bekannten Einrichtung anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung, die sich auf einen Abstimmdetektor
der eingangs genannten Art bezieht, dadurch gels, daß die Rahmenantenne in an sich
bekannter Weise den Abstimmkondensator zwischen ihren Anschlußstellen aufweist und
über einen Impedanzwandler sowie zwei an ihre Anschlußstellen geführte Koppelkondensatoren
symmetrisch gespeist ist und daß die beiden Meßeingänge des 90°-Phasendetektors
mit den beiden Anschlüssen eines der beiden Koppelkondensatoren verbunden sind.
Die Fehlerspannung am Ausgang des Phasendetektors läßt sich ohne weiteres zur automatischen
Abstimmung der Rahmenantenne verwenden.
-
Aus dem SIEMENS-Prospekt "200-W-Rahmenantenne für mobilen und stationären
Einsatz 1,5 bis 9,5 MHzn ist zwar eine Rahmenantenne mit einem Abstimmkondensator
zwischen ihren beiden Anschluß stellen und zwei Koppelkondensatoren
in
ihrem Speiseweg bekannt. In der DE-AS 25 33 868 ist die symmetrische Einspeisung
über einen Impedanzwandler bei einer mit einem Abstimmkondensator zwischen ihren
Anschlußstellen versehenen Rahmenantenne beschrieben. Jedoch ist für keine dieser
beiden bekannten Rahmenantennen ein Detektor für eine automatische Abstimmung angegeben.
-
Da lineare Phasendetektoren im allgemeinen ihren mittleren Arbeitspunkt
bei einem Phasenunterschied von 900 der an ihren beiden Meßeingänge geführten Eingangsspannungen
haben, liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß bei kapazitiver Einspeisung
im Resonanzfall an den Anschlüssen eines der beiden Koppelkondensatoren zwei um
900 phasenverschobene Spannungen abgegriffen werden können.
-
Der Abstimmdetektor nach der Erfindung weist eine hohe Empfindlichkeit
auf. Darüber hinaus ist eine einfache Platinenbauweise sowie ein Aufbau in integrierter
Technik möglich, da die in üblichen Abstimmdetektoren verwendeten Stromwandler entfallen.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind inden Ansprüchen 2
bis 8 angegeben.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abstimmdetektors
für Rahmenantennen gemäß der Erfindung.
-
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abstimmdetktors
für Rahmenantennen unter Verwendung eines breitbandigen Koppelnetzwerkes zur Einspeisung.
-
In Fig. 1 ist der als Induktivität wirkende kreisförmige, aus einer
Windung bestehende Rahmen einer Rahmenantenne RA dargestellt. Zwischen zwei Rahmen-Anschlußstellen,
1' liegt ein stufenlos regelbarer Abstimmkondensator C1 zur Resonanzabstimmung.
Der Abstimmkondensator C1 ist als Vakuumdrehkondensator ausgebildet.
-
Die symmetrische Einspeisung wird über einen Impedanzwandler IW hinweg
vorgenommen. Der Impedanzwandler IW ist dabei als passiver Übertrager ausgebildet.
-
Die primärseitigen Speiseleitungen des Impedanzwandlers IW sind mit
einem Speisekabel Sp verbunden. Das Speisekabel Sp ist als Koaxialkabel ausgeführt.
-
Die beiden sekundärseitigen Speiseleitungen des symmetrierenden Impedanzwandlers
IW sind über jeweils einen Koppelkondensator C2, C2' zu den Rahmenanschlußstellen
1, 1' geführt. Die beiden Koppelkondensatoren C2, C2' sind dabei paarweise z.B.
in sechs Stufen umschaltbar.
-
Zur automatischen Abstimmung mit einem großen Fangbereich ist ein
Phasendetektor PD vorgesehen, dessen beide Meßeingänge A, B mit den beiden Anschlüssen
1', 2' des Koppelkondensators C2' verbunden sind. Durch diese Schaltungsmaßnahme
gelangen zwei um 900 phasenverschobene Spannungen U1 und U2 zu den beiden Meßeingängen
A, B des 90°-Phasendetektors PD. Die Phasenverschiebungen von ca. 90° zwischen der
Spannung U1 am Anschluß 1' und der Spannung U2 am Anschluß 2' ist immer dann gewährleistet,
wenn der Blindwiderstand X des Koppelkondensators C2' sehr viel größer ist als die
zwischen den Anschlüssen 2, 2' bestehende Speiseimpedanz Z des Impedanzwandlers
IW.
-
Es gilt die Beziehung tg t3 s
wobei t die Phasenverschiebung
zwischen den beiden Spannungen U1 und U2 bedeutet.
-
Die beiden Spannungen U1 und U2 an den Anschlüssen 1', 2' des Koppelkondensators
C2, werden nicht direkt an die beiden Meßeingänge A, B des 90°-Phasendetektors PD
geführt, sondern werden zuvor kapazitiv heruntergeteilt.
-
Hierzu ist der Meßeingang A des 900 -Phasendetektors PD über den kapazitiven
Spannungsteiler C5, C6 mit dem Anschluß 2' und der Neßeingang B über den kapazitiven
Spannungsteiler C3, C4 mit dem Anschluß 1' des Koppelkondensators C C2' verbunden.
-
Da zwei um 900 phasenverschobene Spannungen U1, U2 auszuwerten sind,
ist ein Phasendetektor mit hochohmig entkoppelten Meßeingängen A, B zweckmäßig.
Dazu eignen sich beispielsweise aktive Doppelgegentaktmischer oder Quadraturdemodulatoren,
wie sie in integrierter Form zur FM-Demodulation verwendet werden.
-
In der Fig. 1 und 2 ist als Phasendetektor PD ein als Phasenbrücke
geschalteter integrierter Modulatorbaustein vom Typ A 796 aus dem Datenkatalog von
FAIR-CHILD SEMICONDUCTOR: "Linear integrated circuits", Kapitel 7, Seite 74, Februar
1973 dargestellt. Dieser Baustein besteht im wesentlichen aus sechs Transistoren
Tr1 .... Tr6 zwei Stromquellen I, I' mit 1=1'. Der Meßeingang A des Phasendetektors
PD ist an die Basis des ersten Transistors Tr1 geführt, während der Meßeingang B
mit der Basis des Transistors Tr5 verbunden ist. Die Emitter der beiden Transistoren
Tr1, Tr2 sind zusammengeführt und mit dem Kollektor des Transistors Tr5 verbunden.
Ebenso sind die Emitter der beiden Transistoren Tr3, Tr4 zusammengeführt und mit
dem Kollektor des Transistors Tr6 verbunden. Darüber
hinaus stehen
die Kollektoren der Transistoren Tr1, Tr3 und die Kollektoren der Transistoren Tr2,
Tr4 miteinander in Verbindung. Des weiteren ist die Basis des Transistors Trl an
die Basis des Transistors Tr4 geführt. Die Stromquelle I ist mit dem Emitter des
Transistors Tr5 und die Stromquelle I' mit dem Emitter des Transistors Tr6 verbunden.
Die Kollektoren der Transistoren Trl und Tr4 bilden zusammen den Fehlerspannungsausgang
CD des Phasendetektors PD.
-
Der Phasendetektor PD wird über die beiden Arbeitswiderstände R und
R' von der Gleichspannung +Ub gespeist.
-
Des weiteren ist der Phasendetektor PD mit den beiden Abblockkondensatoren
C7, C8 beschaltet. Die Emitter der beiden Transistoren Tr5 und Tr6 sind über den
Gegenkopplungswiderstand R1 miteinander verbunden.
-
Um zu Beginn der automatischen Abstimmung in Folge einer restlichen
Unsymmetrie ein Anlaufen der Abstimmschaltung in der falschen Richtung zu vermeiden,
wird die an dem Anschluß 2' sofort anliegende Spannung U2 über den Meßeingang A
der Basis des Transistors Tr1 zugeführt, während die im Verlauf der Abstimmung anwachsende,
an dem Anschluß 1' anliegende Spannung U1 über den Meßeingang B zu der Basis des
Transistors Tr5 gelangt.
-
In Fig. 2 ist ein Abstimmdetektor für Rahmenantennen unter zusätzlicher
Verwendung eines breitbandigen Koppelnetzwerkes zur Einspeisung dargestellt. Hierzu
sind die beiden Koppelkondensatoren C2, C2' als Festkondensatoren ausgeführt. Darüber
hinaus ist zu dem Impedanzwandler IW in Richtung zu den beiden Koppelkondensatoren
C2, C2, ein Vierpol VP in Kette geschaltet. Es können auch mehrere in Kette geschaltete
Vierpole ver-
wendet werden. Der Vierpol VP weist eingangsseitig
in den beiden Längszweigen Jeweils einen weiteren Koppelkondensator C11 C11 und
in einem ausgangsseitigen Querzweig eine Induktivität L1 auf. Bei einer Einspeisung
mit einem derartigen breitbandigen Koppelneztwerk ist der Phasenunterschied zwischen
den beiden Spannungen U1 und U2 an den Anschlüssen 1' und 2' des Koppelkondensators
C2'nicht mehr 90°, sondern geringer.
-
Doch gelingt es, mittels eines Phasenkorrekturgliedes K1, K2 den Phasenunterschied
zwischen den beiden Spannungen U1 und U2 für den Abstimmbereich der RahmenantenneRA
auf 90 zu ergänzen. Das Phasenkorrekturglied K1, K2 ist dabei zwischen den Spannungsteiler
C5, C6, der mit dem Anschluß 2' des Koppelkondensators C2' verbunden ist, und den
zugehörigen Meßeingang A des Phasendetektors PD geschaltet.
-
Das Phasenkorrekturglied K1, K2 setzt sich aus den beiden Einzelgliedern
K1 und K2 zusammen. Das erste Einzelglied K1 besteht aus dem Längswiderstand RV
und der Querkapazität C10. Das zweite Einzelglied K2 stellt eine kapazitiv wirkende
Serienschaltung aus einem Kondensator C9 und einer Induktivität LV dar. Das zweite
Einzelglied K2 ist parallel zum Widerstand RV des ersten Einzelgliedes K1 angeordnet.
Im übrigen stimmt diese Schaltung mit der Schaltung nach Fig. 1 überein.
-
Die eigentliche Ergänzung des Phasenunterschiedes zwischen den Spannungen
U1 und U2 auf den Wert 900 wird durch das Einzelglied K1 bewirkt. Hierzu wird bei
tiefen bis mittleren Frequenzen der einstellbar ausgebildete Widerstand RV des Einzelgliedes
K1 auf eine minimale Fehlerspannung am Fehlerspannungsausgang CD des Phasendetektors
PD abgeglichen.
-
Das zweite Einzelglied K2 dient als Korrekturglied bei höheren Frequenzen.
Hierzu wird die ebenfalls einstellbar ausgebildete Induktivität LV des-zweiten Einzel-
gliedes
K2 bei der höchsten Frequenz auf eine minimale Fehlerspannung abgeglichen.
-
Die vorhergehenden Ausführungen beziehen sich auf einen Abstimmdetektor
für eine Rahmenantenne, die bevorzugt als Sendeantenne eingesetzt ist.
-
8 Patentansprüche 2 Figuren
Leerseite