DE861117C - Anordnung zur Anpassung einer Hochfrequenzenergieleitung an eine Antenne - Google Patents

Description

• Anordnung zur Anpassung einer Hochfrequenzenergieleitung an eine Antenne , Eine der Hauptschwierigkeiten des Fernsehbetriebes liegt in der Erzielung einer amplituden- und phasenmäßig möglichst ' unverzerrteri Frequenzkurve für die erforderliche große Bandbreite von etwa -# 2 - zoll Hz. Besonders hinderlich sind für die Erreichung dieses Zieles die stets erforderlichen Energieleitungen zwischen Sender und Antenne. Denn wenn es auch möglich erscheint, die Länge dieser Leitungen z. B. durch Hochstellen des Senders zu reduzieren, so wird praktisch doch stets eine Leitungslänge von mindestens ein bis zwei Wellenlängen der ultrakurzen Welle übrigbleiben. Der Einfluß einer derartigen Leitung ist unwesentlich, wenn es gelingt, sie für den ganzen von den -Seitenbändern bestrichenen. Bereich richtig abzuschließen; im Falle einer Fehlanpassung ergeben sich aber recht erhebliche Amplituden- und Phasenfehler. Nun ist es aber zunächst leider nicht möglich, die Anpassung für den ganzen Bereich richtig zu machen. Denn selbst bei Vernachlässigung des an sich unerheblichen Unterschiedes der Strahlungswiderstände für das obere und untere Seitenband bringt allein der für die Seitenbänder zusätzlich auftretende Fußpunktblindwiderstand der auf die Trägerwelle richtig abgestimmten Antenne untragbare Fehlanpassungen hervor. Dieser Blindwiderstand ist bei gegebenem prozentualem Seitenbandabstand dem Wellenwiderstand der Antennenanordnung direkt proportional, der daher soviel wie möglich zu reduzieren ist. Man hat deshalb auch schon besondere Antennenanordnungen (wie z. B. einen auf der Spitze stehenden Kegel od. dgl.) vorgeschlagen, kommt jedoch mit derartigen Anordnungen praktisch nicht unter Werte des Wellenwiderstandes von etwa aoo Ohm, die, wie die späteren Rechnungen zeigen werden, immer noch zu große Fehlanpassungen ergeben.
• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anpassung einer Hochfrequenzenergieleitung an eine Antenne der elektrischen Länge für die Übertragung breiter Frequenzbänder, insbesondere für die Zwecke des Fernsehens. Es ist bei Antennen bereits bekannt, parallel zum Ausgang des Hochfrequenzkabels einen Parallelschwingkreis zu schalten. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art handelt es sich um einen Kopplungskreis zur Aaskopplung der Antenne an die Energieleitung, der den Zweck hat, nur eine einzige Frequenz hindurchzulassen und sämtliche anderen Frequenzen zu sperren. Eine gleichmäßige Übertragung eines breiten Frequenzbereiches wird hierdurch nicht erreicht.
• Dies geschieht erst dadurch, daß erfindungsgemäß ein hinsichtlich seines Blindwiderstandsganges derart bemessener, auf die Trägerfrequenz abgestimmter Parallelschwingkreis der Energieleitung unmittelbar an ihrem an die Antenne angeschlossenen Ende parallel geschaltet wird, so daß der Blindwiderstand der kompensiert wird. Nur bei geeignetem Blindwider- in der Umgebung der Trägerfrequenzen standsgang, d. h. bei geeignetem Verhältnis von Selbstinduktivität zur Kapazität, heben sich die Blindwiderstände der und des Parallelschwingkreises in der Umgebung der Trägerfrequenz ungefähr auf.
• Es ist zwar schon in der Niederfrequenzkabeltechnik bekannt, den nicht reellen und nicht frequenzkonstanten Wellenwiderstand des Kabels bei sehr niedrigen Frequenzen durch parallel geschaltete Impedanzen reell und frequenzkonstant zu machen. Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine Anordnung zur Breitbandanpassung einer hochfrequenten Energieleitung an eine In Abb. i bedeutet E die Energieleitung, an deren Ende die Antenne A und der erfindungsgemäße, auf die Trägerfrequenz abgestimmte Parallelkreis P angeschaltet sind. Die Antenne sei eine auf die Trägerfrequenz abgestimmte Sie läßt sich also in der Nähe ihrer Eigenwelle durch eine einfache Serienschaltung für L, C und R ersetzen (A in Abb.,i). R entspricht dem Strahlungswiderstand, ist also = 37 Ohm. ist dem Wellenwiderstand WA der Antennenanordnung proportional. Bezeichnet man mit , wobei ist, das sogenannte Verstimmungsmaß des Kreises, so ist für den Serienkreis A der Blindwiderstand X, = y Xlo y, für den Parallelkreis . Für das obere Seitenband, also eine Frequenz, die höher liegt als die Trägerfrequenz, wird, wie schon das Ersatzbild veranschaulicht, die Antenne induktiv, der auf die Trägerwelle abgestimmte Parallelkreis P aber kapazitiv. Da man die Serienschaltung des Antennenwirk-und -blindwiderstandes für eine gegebene Frequenz stets durch eine Parallelschaltung, in unserem Falle also durch die Parallelschaltung eines etwas erhöhten Ohmschen Widerstandes und eines induktiven Blindwiderstandes, ersetzen kann, muß sich für eine vorgegebene Seitenbandfrequenz eine völlige Kompensation des Blindwiderstandes erzwingen lassen. Es ist also die Antennenreaktanz 2i=R+?Xioy und Die Blindleitfähigkeit des Parallelkreises ergibt sich zu Der resultierende Parallelblindleitwert wird somit Bezeichnet man mit das Dämpfungsmaß der Antenne und mit yk diejenige Verstimmung, bei der gerade Blindwiderstandskompensation eintreten soll, so ist oder Somit wird bzw. Da im allgemeinen nicht Xlo, sondern eher der Wellenwiderstand der Antennenanordnung bekannt sein dürfte, seien die notwendigen Umrechnungsformeln abgeleitet. Aus den Leitungsgleichungen ergibt sich als Fußpunktblindwiderstand einer offenen in erster Näherung Xg = - j WA cotg a; dabei ist in unserem Falle also für kleine prozentuale Abweichungen . Es ist also somit und endlich Wie die praktische Zahlenrechnung zeigen wird, ist XZO eine so kleine Größe, daß ihre Darstellung durch konzentrierte Kapazitäten und Induktivitäten manchmal Schwierigkeiten bereiten wird. Man kann in solchen Fällen den Sperrkreis durch eine analoge Leitung, also z. B. durch eine kurzgeschlossene ersetzen bzw., um die unvermeidlichen konzentrierten Induktivitäten an der Anschlußstelle noch zu _ verringern, durch eine Parallelschaltung mehrerer Leitungen von entsprechend erhöhtem Wellenwiderstand, deren Außenleiter dann gleichzeitig als Gegengewicht dienen können (Abb. 2). Die notwendigen Umrechnungsgrößen ergeben sich aus der folgenden Beziehung: Es sind im Falle einer kurzgeschlossenen verlustlosen oder Die Verhältnisse seien nun an Hand eines praktischen Beispiels erläutert. , Eine von Zoo Ohm - Wellenwiderstand werde durch einen Parallelkreis bei yk - 5 °% kompensiert. Die dann noch verbleibenden Wirk- und Blindwiderstände sind auf Serienwerte umgerechnet und zum Vergleich die bei der gleichen Antenne ohne Kompensation auftretenden Werte angeführt.

  Mit Kompensation Ohne Kompensation

  o. Xio x20 R,s xg RA Xd

  Ohm j Ohm Ohm Ohm Ohm Ohm

  I o

  0 157 9,i8 37 ' 0 37 0

  l 37,1 , + o,o6o5 37 + 1,57

  i 37,2 + o,io6 37 + 3,34

  3 - 37,6 l + 0,123 37 + 5,00

  4 i 380 + 0,93 37 + 6,68

  5 (= Yx) 38,6 0 37 + 8-35

  6 39,3 - 1,76 37 + 9,42

  7 40,0 - 4,61 37 +11,00

  8 39,4 - 8,32 37 + 12,6o

  9 1 37,8 -12,8 37 ' +14J0

  10 i 34,8 ; -17,5 37 + 15,70

  Wie die Tabelle zeigt, ist der zusätzliche Fußpunktblindwiderstand zwischen y = 0 und y = yj; = 5 °/o verschwindend klein, oberhalb des Kompensationspunktes nimmt er aber rasch zu, so daß z. B. schon bei y = io °/o keine Verbesserung mehr gegenüber dem nicht kompensierten Fall festzustellen ist: Angenommen, man will einen Sender von A = 6 m mit ± 2 MHz modulieren, dann ist also yax = 8 %. Es sei deshalb noch eine zweite Tabelle durchgerechnet, bei der yx = 8 °/o gewählt ist Es ergibt sich

  Mit Kompensation Ohne Kompensation

  Xio X20 R X R X

  y % I Ohm ' Ohm ' Ohm I Ohm Ohm I Ohm

  0 I57 9,78

  37,0 0 37 0

  I 37,I +0J59 37 + I,57

  2 37,2 +0,318 37 -I- 3,34

  3 37,6 -)-0,422 37 -I-- 5,00

  4 38,0 +0,493 37 -i- 6,68

  5 38,6 -f o,509 37 I -I-- 8,35

  6 39,4 I -I- 0,449 37 + 9,42

  7 40,4 +0,290 37 -f I=,no

  8 = Nx) i 4,2 i +0 37 + 12,6o

  Man erkennt auch in diesem Falle die erstaunliche Verbesserung, die besonders . augenscheinlich wird, wenn man die Fehlanpassung ermittelt, die in den beiden betrachteten Fällen z. B. für die äußerste Seitenbandfrequenz sich ergibt. Dabei sei als Fehlanpassung das Verhältnis des maximalen, im Spannungsbauch sich ergebenden Knotenwiderstandes zum Wellenwiderstand oder, was das gleiche ist, das Verhältnis der Spannungen bzw. Ströme in den Knoten definiert. Im Falle der Kompensation ist sie lediglich durch die Ohmsche Fehlanpassung gegeben, also d. h. 11,3 °/o, während sie ohne Kompensation 39 °/o beträgt, welcher Wert ausschließlich durch den zusätzlichen Blindwiderstand hervorgerufen wird. Ist die Leitung so lang, daß die Knoten an den Eingang des Kabels zu liegen kommen könnten, würde das im 'ersten Falle Extremwerte von 33,4 bzw. 41,2 Ohm bedeuten, ohne Kompensation dagegen Werte von 26,7 bzw. 51,4 Ohm.
• Natürlich ist es auch möglich, an Stelle des direkt am Kabelausgang liegenden Parallelkreises einen Serienkreis hinter einer entsprechenden (bzw. mehrere parallele derartige Anordnungen) zu verwenden, da gemäß der Eigenschaft einer eine Impedanz in ihren reziproken Wert zu verwandeln, aus wird, wie es für die Kompensation erforderlich ist.
• Die Abb. 2 zeigt eine praktische Ausführungsform der Erfindung. E ist die konzentrische Energieleitung, deren Innenleiter mit der Antenne A verbunden ist. Die Antenne A besteht, wie schon eingangs erwähnt, aus einem senkrecht stehenden; mit der Spitze nach unten zeigenden Kegel, dessen Wellenwiderstand bekanntlich sehr klein und über die Länge konstant ist. Als Kompensationskreis für den Antennenblindwiderstand bei den Seitenbandfrequenzen dienen vier Leitungen L1, L, usw., von denen jede aus zwei konzentrischen, am Ende kurzgeschlossenen Leitungen von Länge besteht. Die Außenleiter sind an ihren Enden durch den Ring K miteinander verbunden, so Saß sie den Speichen eines Rades gleichen. Dieses Rad dient gleichzeitig als Gegengewicht der Antenne A. Durch die Verwendung derartiger die Anpassung verbessernder Mittel wird es überhaupt erst möglich, längere Energieleitungen. zu verwenden. Es ist deshalb nur unter Zuhilfenahme derartiger Kompensationsanordnungen möglich, Richtantennensysteme für Breitbandmodulation aufzubauen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Anpassung einer Hochfrequenzenergieleitung an eine Antenne der elektrischen Länge für die Übertragung breiter Frequenzbänder, insbesondere für die Zwecke des Fernsehens, bei welcher der Energieleitung unmittelbar an ihrem an die Antenne angeschlossenen Ende ein auf die Trägerfrequenz abgestimmter Parallelschwingkreis parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelschwingkreis hinsichtlich seines Blindwiderstandsganges derart bemessen ist, daß der Blindwiderstand der Antenne in der Umgebung der Trägerfrequenz kompensiert ist:
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis durch eine am Ende kurzgeschlossene, insbesondere koaxiale Doppelleitung der Länge gebildet- ist.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet. daß der Schwingkreis durch einen über eine lange Leitung angeschlossenen abgestimmten Reihenkreis gebildet ist.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere als Schwingkreis dienende Leitungen parallel geschaltet sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schwingkreise dienenden Leitungen derart symmetrisch angeordnet und gegebenenfalls an ihren Enden miteinander verbunden sind, daß ihre an den Energieleitungsaußenleiter angeschlossenen Leiterteile gleichzeitig als Gegengewicht der Antenne dienen.
6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne die Form i eines senkrecht stehenden, mit der Spitze nach unten zeigenden Kegels besitzt,