DE3628024C2 - - Google Patents
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- DE3628024C2 DE3628024C2 DE19863628024 DE3628024A DE3628024C2 DE 3628024 C2 DE3628024 C2 DE 3628024C2 DE 19863628024 DE19863628024 DE 19863628024 DE 3628024 A DE3628024 A DE 3628024A DE 3628024 C2 DE3628024 C2 DE 3628024C2
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/38—Impedance-matching networks
- H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
Description
Die Erfindung betrifft eine Antennenanpaßschaltung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Moderne Kurzwellen-Nachrichtenverbindungen sollen für
schnellen Frequenzwechsel, beispielsweise kleiner
eine Millisekunde ausgelegt sein. Dadurch können sie
sich durch Frequenzspringen weitgehend der Aufklärung
entziehen und gegnerischen Störmaßnahmen ohne Unterbre
chung des Betriebs ausweichen.
Als Antennen, insbesondere für mobile Funkstationen,
kommen vorwiegend kurze Stabantennen für die Boden
wellenverbindung und kurze Dipolantennen für die
Raumwellenverbindung zur Anwendung. Hierbei weisen
die Stabantennen eine geometrische Länge kleiner
als ein Viertel der Betriebswellenlänge, und die
Dipolantennen eine geometrische Länge kleiner als die
Hälfte der Betriebswellenlänge auf.
Der frequenzabhängige, hochohmige Eingangswiderstand
dieser Antennen wird bei der Verwendung einer Stab
antenne, d. h. einer Vertikalantenne über Erde, mit
einer unsymmetrischen Antennenanpaßschaltung, und bei
Verwendung einer Dipolantenne, d. h. eines horizontalen
Dipols über Erde, mit einer symmetrischen Anpaßschaltung
auf den Wellenwiderstand eines Zuführungskabels transfor
miert. Über das Zuführungskabel ist die Antenne mit einem
Sender verbunden.
Breitbandantennen, wie Rhombusantennen, Reußenantennen
oder logarithmisch-periodische Antennen werden ohne
Anpaßschaltung betrieben. Sie weisen jedoch große Ab
messungen auf und sind daher nur für stationären Betrieb
und nicht für mobile Funkstationen brauchbar. Bedämpfte
Stabantennen oder bedämpfte Dipolantennen sind ohne
Antennenanpaßschaltung breitbandig realisierbar. Der
Wirkungsgrad dieser Antennen ist, besonders bei kleinen
Abmessungen, wie sie für mobile Funkstationen in Frage
kommen, schlecht.
Zur Realisierung einer Antennenanpaßschaltung, bei der
der hochohmige Eingangswiderstand der Antenne auf den
niederohmigen Wellenwiderstand des Zuführungskabels
transformiert wird, sind vielerlei Schaltungen (siehe
beispielsweise "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik",
von H. Meinke und F. W. Gundlach, 3. verbesserte Auf
lage, Seite 524, Beschreibung zur Abbildung 17.6)
bekannt. Im folgenden wird von einer Antennenanpaßschal
tung ausgegangen, die eine sogenannte L-C Transformations
schaltung aufweist.
Bei einer unsymmetrischen Antennenanpaßschaltung für Stab
antennen besteht die Transformationsschaltung beispiels
weise aus einem induktiven Längsglied und einem kapaziti
ven Querglied. Bei einer symmetrischen Anpaßschaltung für
Dipolantennen besteht die Transformationsschaltung aus
zwei induktiven Längsgliedern und einem kapazitiven Quer
glied. Der Transformationsschaltung ist hierbei in Rich
tung zum Zuleitungskabel ein sogenanntes breitbandiges
Symmetrierglied vorgeschaltet.
Die induktiven und kapazitiven Elemente der Transforma
tionsschaltung werden beispielsweise entsprechend den
in einer zwischen das Zuleitungskabel und die Trans
formationsschaltung bzw. das Symmetrierglied eingefüg
ten Meßschaltung, einem sogenannten Stehwellen-Meßge
rät gewonnenen Meßgrößen so verändert, daß die Antenne
an das Zuleitungskabel angepaßt wird. Hierbei beträgt
die Bandbreite einer typischen Stabantenne mit An
tennenanpaßschaltung für mobile Anwendung nur etwa
0,5 bis 1% der Betriebsfrequenz. Das eingangs ange
führte Frequenzspringen ist aber umso effektiver,
je größer die zur Verfügung stehende Bandbreite ist.
Die Elemente der Transformationsschaltung können als
Variometer und Drehkondensator ausgebildet sein. Die
Betätigung erfolgt hierbei über einen von der Meßschal
tung gesteuerten Servomotor, wobei die Abstimmzeit aber
auch bei kleinen Frequenzänderungen weit über den ein
gangs geforderten Werten für das Frequenzspringen liegt.
Bei modernen Anpaßschaltungen wird das induktive Längs
glied mit schaltbaren Induktivitäten und das kapazitive
Querglied mit schaltbaren Kapazitäten ausgeführt. Zum
Schalten werden Relais und/oder Schaltdioden verwendet.
Bei der Verwendung von mechanisch bewegten Elementen in
der Antennenanpaßschaltung, wie Variometer, Drehkonden
sator, Relais, die dem Verschleiß unterliegen, sind nur
eine begrenzte Anzahl von Abstimmvorgängen möglich. Wei
ter liegt die Abstimmzeit auch für Frequenzsprünge mit
einer geringen Frequenzänderung über dem eingangs ge
forderten Wert.
Bedingt durch das hohe Transformationsverhältnis treten
am induktiven Längsglied der Transformationsschaltung hohe
HF-Spannungen auf (beispielsweise etwa 10 kV bei Sendelei
stungen von einigen 100 Watt). Als Schaltelemente für die
geschalteten Induktivitäten, insbesondere an der Antennen
seite, können daher keine Schaltdioden alleine verwendet
werden, da die maximal zulässige HF-Spannung der zur Zeit
handelsüblichen Schaltdioden (beispielsweise PIN-Dioden)
etwa 1 kV beträgt.
Aus der US-PS 44 86 722 ist eine Antennenanpaßschaltung be
kannt, die aus einem mit dem Zuleitungskabel verbundenen Über
trager, einem an der anderen Seite des Übertragers angeschlos
senen aufwendigen Transformationsglied und einem in Richtung
zur Antenne dem Transformationsglied nachgeschalteten Schalt
netzwerk besteht. Im Schaltnetzwerk werden Relais verwendet.
Die Elemente des Transformationsgliedes sind durch über Schalt
dioden schaltbare Induktivitäten und schaltbare Kapazitäten
realisiert. Zur Antennenanpassung beim Frequenzsprungverfahren
wird das Transformationsglied, d. h. dessen Impedanz verändert.
Da das Transformationsglied auf der niederohmigen Kabelseite
angeordnet ist, ist die Weite der Frequenzänderung gering.
Aus der US-PS 39 06 405 ist eine Antennenanpaßschaltung be
kannt, bei der in Reihe geschaltete Induktivitäten und parallel
geschaltete Kapazitäten vorgesehen sind. Die zwischen Anten
ne und Antenneneingang angeordneten Blindwiderstände werden
hierbei über Reed-Relais geschaltet. Ein schneller Frequenz
wechsel ist durch die Verwendung der Relais nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanpaß
schaltung für Stab- oder Dipolantennen anzugeben, bei der ein
schneller und weitreichender Frequenzwechsel möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 die Antennenanpaßschaltung mit der erfindungsgemäßen
Frequenzänderungsschaltung für eine Stabantenne,
Fig. 2 die Antennenanpaßschaltung mit der erfindungsgemäßen
Frequenzänderungsschaltung für eine Dipolantenne, und
Fig. 3 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Frequenz
änderungsschaltung.
In Fig. 1 ist eine zwischen ein Zuleitungskabel ZL und
einen Antennenanschluß A geschaltete Antennenanpaßschal
tung dargestellt. Das Zuleitungskabel ZL weist beispiels
weise einen Wellenwiderstand von 50 Ohm auf, und am
Antennenanschluß A, an dem eine Ausgangsspannung UA ab
greifbar ist, ist eine hier nicht dargestellte Stabanten
ne angeschlossen. Die Antennenanpaßschaltung besteht
hierbei aus einer an und für sich bekannten Transfor
mationsschaltung T und der erfindungsgemäß vorgesehe
nen Frequenzänderungsschaltung F. Hierbei ist die
Frequenzänderungsschaltung F zwischen den Antennen
anschluß A und das nicht näher bezeichnete induktive
Längsglied der Transformationsschaltung T geschaltet.
Die Frequenzänderungsschaltung F, deren Aufbau später
anhand von Fig. 3 näher erläutert wird, ist mit einem
Frequenzgeber FG verbunden. Bedarfsweise ist weiter
zwischen das induktive Längsglied der Transformations
schaltung T und dem Zuleitungskabel ZL eine mit un
terbrochenen Linien gezeichnete Meßschaltung M eingefügt,
von der das induktive Längsglied und das ebenfalls nicht
näher bezeichnete kapazitive Querglied der Transformations
schaltung T eingestellt werden.
In Fig. 2 ist eine Antennenanpaßschaltung für eine
Dipolantenne dargestellt. Diese besteht in an sich be
kannter Weise aus einem Symmetrierglied SG, das ein
gangsseitig mit dem Zuleitungskabel ZL verbunden ist,
und an dem ausgangsseitig eine symmetrische Tranfor
mationsschaltung ST angeschaltet ist. Diese symmetrische
Transformationsschaltung ST weist in an sich bekannter
Weise zwei nicht näher bezeichnete induktive Längsglie
der und ein ebenfalls nicht näher bezeichnetes kapazi
tives Querglied auf.
Die induktiven Längsglieder der symmetrischen Transfor
mationsschaltung ST sind jeweils über eine Frequenzän
derungsschaltung F mit einem ersten bzw. zweiten An
tennenanschluß A 1, A 2 verbunden. Der Aufbau dieser er
findungsgemäß vorgesehenen Frequenzänderungsschaltungen F
ist gleich der in Fig. 1 dargestellten Frequenzänderungs
schaltung F, und wird anhand von Fig. 3 nachstehend er
läutert. Zwischen den Antennenanschlüssen A 1, A 2 ist die
Ausgangsspannung UA für die Dipolantenne abgreifbar.
Analog, wie in Fig. 1 dargestellt, sind auch die in
Fig. 2 dargestellten Frequenzänderungsschaltungen F
mit einem Frequenzgeber FG verbunden. Weiter ist zur
Einstellung der induktiven Längsglieder bzw. des ka
pazitiven Quergliedes der symmetrischen Transforma
tionsschaltung ST auch in Fig. 2 eine zwischen das
Zuleitungskabel ZL und das Symmetrierglied SG ge
schaltete mit unterbrochenen Linien gezeichnete Meß
schaltung M dargestellt.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die
Frequenzänderungsschaltung F erfindungsgemäß am bzw. an
den Antennenanschlüssen A, A 1, A 2, d. h. auf der hoch
ohmigen Seite der Transformationsschaltung T bzw. der
symmetrischen Transformationsschaltung ST angeschaltet
ist.
In Fig. 3 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Fre
quenzänderungsschaltung F dargestellt. Diese Frequenz
änderungsschaltung F besteht aus einer Reihenschaltung
aus einem festen Blindwiderstand BF und einem schnell
veränderlichen Blindwiderstand BV. Diese Reihenschaltung
ist zwischen den Antennenanschluß A, bzw. A 1 oder A 2,
und das nicht näher bezeichnete Bezugspotential ge
schaltet.
Der veränderliche Blindwiderstand BV besteht aus einem
festen Blindwiderstandselement BFE und n parallelen
festen Blindwiderstandselementen BF 1 bis BFn. Jedes
dieser Blindwiderstandselemente BF 1 bis BFn ist über eine
der zugehörigen Schaltdioden SD 1 bis SDn gegen das Bezugs
potential schaltbar, wobei diese Schaltdioden SD 1 bis SDn
von einer Steuerung S gesteuert werden. Am nicht näher
bezeichneten Eingang der Steuerung S ist der Frequenz
geber FG angeschaltet.
Der feste und der veränderliche Blindwiderstand BF, BV
können jeweils durch Kapazitäten C oder Induktivitäten L
realisiert sein.
Die erfindungsgemäße Frequenzänderungsschaltung F
besteht also aus dem festen Blindwiderstand BF und
dem schnell umschaltbaren, veränderlichen Blindwider
stand BV. Dieser veränderliche Blindwiderstand BV wird
beispielsweise aus binär gestuften Blindwiderstandsele
menten BFE, BF 1 bis BFn gebildet. Als Schaltelemente
dienen verschleißfreie Schaltdioden SD 1 bis SDn. Durch
diese Frequenzänderungsschaltung F kann die Abstimmung,
d. h. die Anpassung der Eingangsimpedanz der Antenne auf
den Wellenwiderstand des Zuleitungskabels ZL in einem
ausreichend großen Frequenzband sehr schnell erfolgen.
Die Dimensionierung der Frequenzänderungsschaltung F,
insbesondere des Verhältnisses des festen Blindwider
standes BF zu dem veränderlichen Blindwiderstand BV
richtet sich nach der zulässigen HF-Spannungsfestigkeit
der verwendeten Schaltdioden SD 1 bis SDn. Diese liegt
bei handelsüblichen Schaltdioden bei etwa 1 kV, und damit
wesentlich unter der Ausgangsspannung UA an den Anten
nenanschlüssen A, bzw. A 1, A 2. Beträgt, wie vorstehend
ausgeführt, beispielsweise diese Ausgangsspannung UA
etwa 10 kV bei einer Sendeleistung von einigen 100 Watt,
und ist die zulässige HF-Spannung der Schaltdioden SD 1
bis SDn 1 kV, so ist damit das Verhältnis des festen
Blindwiderstandes BF zum größten Blindwiderstandsele
ment, d. h. zum maximalen Wert des veränderlichen Blind
widerstands BV gegeben.
Das Frequenzband für schnellen Frequenzwechsel, das durch
das Hinzufügen der Frequenzänderungsschaltung F zwischen
den Ausgang der Transformationssschaltung bzw. symmetri
schen Transformationsschaltung T, ST und dem Antennen
anschluß A bzw. A 1, A 2 gewonnen wird, ist durch die Sen
deleistung, die verwendete Antenne und die HF-Spannungs
festigkeit der Schaltdioden SD 1 bis SDn bestimmt. Es
beträgt bei Sendeleistungen von einigen 100 Watt, üb
lichen Antennenlängen von einigen Metern und der Ver
wendung handelsüblicher Schaltdioden etwa 5 bis 10% der
Betriebsfrequenz. Es ist damit etwa um den Faktor 10
größer als die Bandbreite einer typischen Stabantenne
mit Antennenanpaßschaltung ohne Frequenzänderungsschal
tung F.
Die Steuerung der Frequenzänderungsschaltung F erfolgt
vom Funkgerät über den Frequenzgeber FG. In der Steuerung
S wird die vom Frequenzgeber FG abgegebene Frequenzin
formation in entsprechende Schaltbefehle für die Schalt
dioden SD 1 bis SDn umgesetzt.
Die Frequenzänderungsschaltung F kann konstruktiv als
Zusatzkasten ausgebildet werden und zwischen eine schon
vorhandene Antennenanpaßschaltung und eine vorhandene
Antenne eingefügt werden.
Claims (1)
- Antennenanpaßschaltung für schnellen Frequenzwechsel bei Stab- oder Dipolantennen, mit einer Transformationsschaltung (T, ST) zur Verbindung eines niederohmigen Zuleitungskabels (ZL) mit der hochohmigen Antenne, gekennzeichnet durch mindestens eine zwischen die Transformationsschaltung (T, ST) und die Antenne geschaltete Frequenzänderungsschaltung (F), wobei diese eine zwischen den Ausgang der Transformationsschaltung (T, ST) bzw. den Antennenanschluß (A, A 1, A 2) und ein Bezugs potential geschaltete Reihenschaltung aus einem festen Blind widerstand (BF) und einem schnell veränderlichen Blindwider stand (BV) aufweist, wobei der veränderliche Blindwiderstand (BV) aus gestuften Blindwiderstandselementen (BFE bis BFn) besteht, die über Schaltdioden (SD 1 bis SDn) geschaltet werden.
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