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Aktive Dipolantenne mit passiver Sperrschaltung
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Die Erfindung betrifft eine aktive Dipolantenne laut Oberbegriff des
Haupanspruches.
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Aktive Dipolantennen mit passiven Sperrschaltungen zur Unterdrückung
von Gleichtaktsignalen sind bekannt (DE-OS 24 38 672, DE-OS 19 43 890 und ältere
Patentanmeldung P 24 38 672.9).
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Die Sperrschaltungen werden hierbei entweder durch entsprechende Dimensionierung
der Antennenelektronik realisiert (beispielsweise nach DE-OS 24 38 672, Fig.5 und
6) oder durch Nach schalten eines passiven Vierpols am Ausgang des Verstärkers mit
der Eigenschaft für gleichgerichtete Ströme an den Ausgangsanschlüssen des Verstärkers
einen hohen induktiven Widerstand zu besitzen während für entgegengesetzt gerichtete
Ströme, die vom Nutzsignal zwischen den beiden Dipolhälften stammen, der Vierpol
niederohmig ist und so das Ausgangssignal des Verstärkers ungedämpft an den Empfänger
weiterleitet. Diese bekannten Sperrschaltungen können aus Zweidrahtleitungen oder
Koaxialleitungen aufgebaut sein, die Zweidrahtleitung kann hierbei entweder zu einer
Spule gewickelt sein, die Spule kann mit einem Ferritkern versehen sein oder es
können auch nur einzelne Ferritperlen auf ein gerades Zweidrahtleitungsstück aufgesetzt
sein, gleiches gilt für die Realisierung mit einer Koaxialleitung, diese
kann
zu einer Spule gewickelt sein, zusätzlich gegebenenfalls mit einem Ferritkern versehen
sein oder es genügt auch nur ein kurzes Koaxialleitungsstück mit aufgesetzten Ferritperlen.
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Die Zweidraht- bzw. Koaxialleitung wird mit ihren beiden Anschlüssen
am einen Ende mit dem Verstärkerausgang verbunden und mit ihren beiden Anschlüssen
am gegenüberliegenden Ende evtl. über ein zusätzliches Symmetrierglied mit der zum
Empfänger führenden Leitung verbunden. Eine solche Sperrschaltung besitzt dann die
oben erwähnte Eigenschaft.
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Aktive Dipolantennen, insbesondere mit elektrisch kurzen Dipolhälften,
können meist nicht exakt symmetrisch gebaut werden, durch fertigungsbedingte Unsymmetrien
im Verstärker oder durch Parasitärkapazitäten werden störende Gleichtaktsignale
im Verstärker in entsprechende Gegentaktsignale umgewandelt, die dann am Verstärkerausgang
nicht mehr durch eine bekannte Sperrschaltung unterdrückt werden können, da sie
sich nicht mehr von dem Gegentakt-Nutzsignal des Dipols unterscheiden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aktive Dipolantenne zu schaffen,
bei welcher dieser Nachteil vermieden ist und eventuell auftretende störende Gleichtaktsignale
überhaupt nicht erst zum Verstärker gelangen können.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer aktiven Dipolantenne laut Oberbegriff
des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer erfindungsgemässen Antenne wird durch die Vorschaltung eines
einfachen passiven Dreipoles erreicht, dass Gleichtaktsignale, die zwischen den
Dipolhälften und der Systemmasse
der Antenne entstehen, überhaupt
nicht erst zum Verstärkereingang gelangen können, da sie durch den Dreipol gegen
Masse kurzgeschlossen werden. Das eigentliche zwischen den Dipolenden auftretende
Gegentakt-Nutzsignal wird dagegen ungehindert zum Verstärkereingang geleitet, da
für diese Gegentaktsignale dieser dem Verstärkereingang vorgeschaltete Dreipol einen
relativ hohen Widerstand besitzt, diese Gegentaktsignale also nicht kurzgeschlossen
werden können. Die erfindungsgemässe Massnahme ist sowohl bei unsymmetrischen als
auch bei symmetrischen Verstärkerschaltungen anwendbar (beispielsweise nach NTZ
1971, Heft 5, S.233, Bild 5a bzw. 5b), es ist lediglich nötig, zwischen den Eingangsanschlüssen
des Verstärkers und der Systemmasse (diese wird entweder dargestellt durch den Masseanschluss
des Verstärkers oder durch den Masseanschluss eines nachgeschalteten Symmetriergliedes,
also im allgemeinen durch den Aussenleiter des Koaxialkabels, über welches der Verstärker
mit dem Empfänger verbunden ist) den erfindungsgemässen Dreipol zu schalten. Der
Dreipol kann in an sich bekannter Weise wie die bekannten Sperrschaltungs-Vierpole
aus einer Zweidrahtleitung oder einem Koaxialleitungsstück aufgebaut werden, allerdings
erfolgt der Anschluss dieses Vierpols umgekehrt wie bei den bekannten am Verstärkerausgang
angeschalteten Sperrschaltungen, da gemäss der Erfindung gerade die umgekehrten
Eigenschafte.solcher Schaltungen für den erfindungsgemässen Zweck ausgenutzt werden.
Für gleichgerichtete Ströme muss die Schaltung nämlich einen Kurzschluss darstellen
während sie für entgegengesetzt gerichtete Störme eine hohe Impedanz darstellen
muss, bei den bekannten Sperrschaltungen ist dies gerade umgekehrt. Eine andere
besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemässen Dreipols ergibt sich
aus dem Unteranspruch 4, diese Realisierung in Form magnetisch gekoppelter Spulen
auf einem Ferritringkern besitzt den Vorteil, dass die Impedanz für das Gegentakt-Nutzsignal
doppelt so gross ist,
da die beiden Wicklungen für Gegentaktsignale
in Reihe geschaltet sind.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig.1 zeigt eine an einem Mast befestigte aktive Dipolantenne mit
einer erfindungsgemässen Sperrschaltung Fig.2, 3 und 4 zeigen mögliche Ausführungsformen
für diese Sperrschaltung Die in Fig.1 schematisch dargestellte aktive Dipolantenne
besteht aus zwei elektrisch kurzen Dipolhälften 1 und 2, deren Fusspunkte 3 und
4 über kurze elektrische Leitungen 5 und 6 mit den beiden Eingängen 7 und 8 eines
Verstärkers 9 verbunden sind. Dieser Verstärker kann in bekannter Weise ein aus
einem Transistor aufgebauter unsymmetrischer Verstärker oder ein aus mehreren Transistoren
aufgebauter symmetrischer Gegentakt- oder Differenzverstärker sein. Der Ausgang
des Verstärkers ist durch bekannte Schaltungsmassnahmen oder durch ein nicht dargestelltes
Symmetrierglied unsymmetrisch, d.h. vom Ausgang 10 des Verstärkers wird unmittelbar
auf den Innenleiter 11 eines Koaxialkabels übergegangen, dessen Aussenleiter 12
an Masse M liegt. Auch der Nullpotentialanschluss des Verstärkers bzw.
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des Symmetriergliedes liegt an Masse M. Die gesamte Antenne ist durch
nicht dargestellte Stützen an einem Mast 13 befestigt, das Koaxialkabel 11, 12 ist
im Inneren des Mastes zum Empfänger geführt.
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Bei solchen an einem Mast befestigten Dipolantennen entstehen durch
das Empfangswellenfeld neben dem eigentlichen Nutzsignal Ud zwischen den Fusspunkten
3 und 4 der Dipolhälften auch noch störende Gleichtaktsignale Ug1 und Ug2 zwischen
den Dipolhälften 1 und 2 und Masse M, die insbe-
sondere bei elektrisch
kurzen aktiven Dipolen um Grössenordnungen grösser sein können als das Nutzsignal
Ud.
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Um zu verhindern, dass diese Gleichtaktsignale Ug1 und Ug2 am hochohmigen
Eingang 7, 8 des Verstärkers 9 wirksam werden und im Verstärker verstärkt als Gleichtaktsignale
oder als umgewandelte Gegentaktsignale zum unsymmetrischen Ausgang 10 des Verstärkers
gelangen, ist erfindungsgemäss am Eingang 7,8 des Verstärkers 9 ein Dreipol 15 gegen
Masse M zwischengeschaltet, der die Eigenschaft besitzt, dass er für gleichgerichtete
Ströme G auf den Zuleitungen 5, 6 zum Verstärkereingang 7, 8 praktisch einen Kurzschluss
gegen Masse M darstellt während er für entgegengesetzt gerichtete Ströme D auf diesen
Zuleitungen 5, 6 eine hochohmige Impedanz darstellt, diese Ströme also nicht gegen
Masse M kurzschliesst. Für die schaltungstechnische Realisierung dieser passiven
Sperrschaltung 15 gibt es die verschiedenartigsten Möglichkeiten, drei Beispiele
zeigen die Fig. 2, 3 und 4. Durch geeignete Schaltungsmassnahmen dieser Sperrschaltungen
kann auch dafür gesorgt werden, dass die für die Gegentaktsignale D sich einstellende
hochohmige Impedanz einer gewünschten Impedanz entspricht, die für das Antennen-Nutzsignal
am Eingang des Verstärkers herrschen soll.
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Fig.1 zeigt den Aufbau der Sperrschaltung 15 aus einem schematisch
angedeuteten Zweidrahtleitungsstück, dessen beide Leiter 16 und 17 beispielsweise
verdrillt und zu einer Spule aufgewickelt sind (beispielsweise nach DE-OS 19 43
890). Die gewünschte Wirkung kann auch noch dadurch erhöht werden, dass die Spule
in an sich bekannter Weise mit einem Ferritkern 18 versehen wird. Es ist auch möglich,
nur ein gerades kurzes Zweidrahtleitungsstück zu verwenden und darauf Ferritperlen
aufzuschieben.
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Am einen Ende des Zweidrahtleitungsstückes wird das Ende 19 des einen
Leiters 16 mit dem einen Eingang 5, 7 des Verstärkers verbunden während das Ende
20 des anderen Leiters 17 an Masse gelegt wird. Am anderen Ende des Zweidrahtleitungsstükkes
wird umgekehrt das Ende 21 des Leiters 17 mit dem Eingang 6, 8 des Verstärkers verbunden
während das Ende 22 des Leiters 16 an Masse gelegt wird.
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Fig.3 zeigt die äquivalente Lösung mit einem zu einer Spule gewickelten
und/oder mit einem Ferritkern bestückten Koaxialleitung, hier wird der eine Leiter
16 durch den Innenleiter und der andere Leiter 17 durch den Aussenleiter des Koaxialleitungsstückes
gebildet, der Anschluss erfolgt wieder wie im Zusammenhang mit Fig.2 beschrieben.
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Fig.4 zeigt eine besonders vorteilhafte Lösung für die Sperrschaltung
15, da diese gegenüber den Sperrschaltungen nach den Fig. 2 und 3 für Gegentaktsignale
D die doppelte Induktivität darstellt und daher besonders hochohmig ist. Die Sperrschaltung
wird durch einen Ringkern 25 aus Ferrit gebildet, auf dessen gegenüberliegenden
Hälften jeweils mit entgegengesetztem Wickelsinn zwei Spulen 26 und 27 aufgewickelt
sind. Die an einer Seite nebeneinanderliegenden Enden 28 und 29 dieser Spulen sind
mit den Eingangsanschlüssen 5,7 bzw. 6,8 des Verstärkers verbunden während die gegenüberliegenden
Enden 30,31 dieser beiden Spulen zusammen an Masse M liegen. Die beiden Spulen 26
und 27 sind durch das magnetische Feld über den Ferritkern miteinander gekoppelt.
Für gleichgerichtete Ströme G an den Eingängen 28,29 hebt sich infolge der gegensinnigen
Wicklung der beiden Spulen 26,27 die magnetische Induktion im Ringkern 25 auf und
damit werden auch die Spuleninduktivitäten aufgehoben, d.h. für solche gleichgerichtete
Ströme stellen die Spulen 26,27 im Idealfall kurzschluss gegen Masse M dar. Für
Gegentaktsignale D an diesen
Eingängen 28,29 sind die beiden gegensinnig
gewickelten Spulen 26,27 in Reihe geschaltet, sie stellen deshalb für solche Ströme
einen hohen induketiven Widerstand dar, und zwar von der Summe der Induktivitäten
der beiden Spulen 26, 27,