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Anordnung zur Anpassung einer Antenne an eine Leitung Gegenstand der
Erfindung ist eine Anordnung zur Anpassung einer insbesondere zur Übertragung sehr
breiter Frequenzbänder dienenden Antenne, z. B. einer Fernsehantenne, an eine Hochfrequenzenergieleitung.
Es ist bekannt, daß die Anpassung eines Hochfrequenzverbrauchers an eine Leitung
zwar für eine einzige Frequenz leicht durchführbar ist, daß aber diese Anpassung
Schwierigkeiten begegnet, sobald sie für einen größeren Frequenzbereich gültig sein
soll, da der Verbraucher im allgemeinen einen von der Frequenz abhängigen, verschiedenartigen
Blindwiderstand darstellt. Eine Antenne z. B. bildet nur für einige bestimmte Frequenzen
an ihrem Speisepunkt einen Ohmschen Widerstand, während ihr Ersatzschaltbild bei
allen anderen Frequenzen aus Kapazitäten, Induktivitäten und Ohmschen Widerständen
zusammengesetzt ist.
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Es ist schon bekannt, durch zusätzliche Scheinwiderstände die Antenne
an die Hochfrequenzleitung in einem breiten Frequenzbereich anzupassen, indem ein
zusätzlicher Schwingkreis vorgesehen wird, der zusammen mit der Antenne ein L-Glied
bildet.
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Erfindungsgemäß wird eine Anpassung in einem noch wesentlich breiteren
Frequenzbereich 'dadurch erzielt, daß mindestens ein auf die mittlere Arbeitsfrequenz
abgestimmter Reihenkreis und ein auf die mittlere Arbeitsfrequenz abgestimmter Parallelkreis
zwischen Antenne und Hochfrequenzleitung derart
eingeschaltet sind,
daß sie, zusam m.en. mit dem auf den Antennenspeisepunkt übertragenen Scheinwiderstand
der Antenne einen auf die mittlere Arbeitsfrequenz abgestimmten Kettenleiter bilden,-
dessen Wellenwiderstand angenähert gleich dem Wirkanteil (Strahlungswiderstand)
des übertragenen Antennenscheinwiderstandes ist.
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Bei der Erfindung sind also mindestens zwei zusätzliche Kreise vorgesehen,
die zusammen mit der Antenne ein T- Glied bilden. Der Eingangswiderstand eines derartigen
T- Gliedes ist nun innerhalb . eines großen Frequenzbereiches im wesentlich
höheren Maße konstant als der Eingangswiderstand eines L-Gliedes. Der Eingangswiderstand
eines T- Gliedes wächst in der Nähe der Resonanz mit der dritten Potenz der Frequenzabweichung,
der Widerstand eines L-Gliedes jedoch mit einer - zweiten Potenz. Eine kubische
Parabel hat aber einen wesentlich flacheren Nulldurchgang als eine gewöhnliche Parabel
und wird erst bei größeren Abszissenwerten steiler. Die Impedanzcharakteristik der
erfindungsgemäßen Anordnung ähnelt also schon wesentlich mehr einer idealen Bandfiltercharakteristik
als die der bekannten Anordnung. Die Annäherung wird bei größerer Gliederzahl des
Kettenleiters natürlich noch besser.
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-Die Abb- i zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der eine
Z/4-Antenne A, über eine Energieleitung E mit der Hochfrequenzquelle
Q verbunden ist. Eine A/4-Antenne läßt sich an ihrem Fußpunkt durch eine
Reihenschaltung einer (gestrichelt gezeichneten) Selbstinduktion NI2, und einer
(ebenfalls gestrichelt gezeichneten) Kapazität 2K zusammen mit einem auf den Speisepunkt
bezogenen »äquivalenten« Strahlungswiderstand R., darstellen. Diese Ersatzschaltung
wird gemäß der Erfindung dadurch zu einem Kettenleiter erweitert, daß üi die Antennenzuleitung
die Reihenschaltung einer Induktivität NI2 und einer Kapazität 2K geschaltet wird
und daß parallel zu Antenne und Erde ein Sperrkreis LC gelegt wird. Sowohl der zusätzliche
Serienkreis als auch der Parallelkreis sind zweckmäßig auf die Mitte des zu übertragenden
Frequenzbandes abgestimmt, für welche die Antennenanlage genau 44 beträgt. Der Wellenwiderstand
des dargestellten Kettenleiters beträgt bekanntlich W #
für die mittlere Frequenz, und es genügt in den meisten Fällen, wenn für die Anpassung
W
R, gesetzt wird. Die nähere Berechnung zeigt, daß die Übertragungsfehler dieser
Anordnung weit geringer, sind als bei den bisher üblichen Schaltungen.
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t Die Abb. ?, zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erimdung,
bei dem eine A/2-AntenneA an eine konzentrische Leitung E anzuschließen ist.
Die Antenne möge an ihrem Fußpunkt mit einem GegengewichtsschirmS versehen sein,
der die Funktion der Erde übernimmt. Das Ersatzschaltbild dieser Antenne besteht
bekanntlich aus der gestrichelt gezeichneten Parallelschaltung einer Induktivität
21, einer Kapazität C/2 und einem äquivalenten Strahlungswiderstand ?R,.
Die Erweiterung dieser Anordnung zu einem Bandpaß geschieht nun dadurch, daß die
Antennenspeisung über eine Reihenschaltung einer Selbstinduktion N und einer
Kapazität E
erfolgt und daß parallel zum Eingang dieser Schaltung ein Parallelkreis,
bestehend aus der Selbstinduktion?,L und der Kapazität Cl?, gelegt wird. Um die
richtige Anpassung dieser Siebkette in der Nähe der Bandmitte zu gewährleisten,
muß wieder W
R. sein. Die in der Abb. 2 gezeichneten Erdverbindungen sind vorzugsweise zum Gegengewicht
S zu führen, da sich sonst auf längeren Erdleitungen Wellenschwingungen ausbilden
würden, die die Wirkung der Siebkette und die Strahlungseigenschaften der Antenne
ungünstig beeinflussen können.
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Während der Strahlungswiderstand R" und damit der Wellenwiderstand
des Kettenleiters im allgemeinen so niedrig ist, daß ihm der Wellenwiderstand der
Energieleitung E direkt angepaßt werden kann, erscheint'bei der Anordnung
nach Abb. ?, ein verhältnismäßig hoher Ohmscher Widerstand, der nur dadurch herabgesetzt
werden könnte, daß das Antennensystem aus einer Parallelschaltung mehrerer Elemente
besteht. # Um aber trotzdem die Anpassung an das konzentrische Kabel zu ermöglichen,
kann zwischen Antenne und Kab el noch eine Transformationsleitung eingeschaltet
werden, durch die der Wellenwiderstand des Kabels bis auf den Eingangswiderstand
des antennenseitigen Kettenleiters herauftransformiert wird. In Abb. 2 ist hierzu
eine kegelförmige Erweiterung des Kabelaußenmantels dargestellt, durch die der Wellenwiderstand
des Kabels stetig bis auf den gewünschten hohen Wert vergrößert wird. Diese Anpassung
ist völlig frequenzunabhängig.
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Die Äusführungsbeispiele der Abb. i und 2 zeigen Antennen, an deren
Fußpunkt ein Stromknoten oder ein Strombauch auftritt, d. h. die bei einer
mittleren Frequenz einen reinen Ohmschen Widerstand darstellen. Die Erfindung ist
nicht auf diese Fälle beschränkt, sondern kann ebenso bei beliebigen Antennenlängen
verwendet werden. Besonders vorteilhaft sind hierbei Antennen, bei denen die Ohmsche
Komponente des Strahliingswiderstandes gleich dem Wellenwiderstand des Speisekabels
ist. Zwischen Kabel und Antenne sind dann wie in Abb. i keine weiteren Anpassungsleitungen
notwendig. Eine Anordnung dieser Art zeigt die Abb. 3, bei der die Antennenlänge
etwa 2,13 beträgt. Das Ersatzschaltbild der Antenne besteht in diesem Fall im Speisepunkt
aus einer Reihenschaltung von L, R und C, in der die Größe der Selbstinduktion
überwiegt, während R gleich dem Wellenwiderstand W der Speiseleitung ist. Um diese
Anordnung für die mittlere Frequenz des zu übertragenden Bandes rein ohmisch zu
machen, wird zunächst eine Reihenkapazität C, eingeschaltet und die Anordnung
weiterhin nach Art der in den Abb. i und 2 gezeigten Anordnung zu einem Kettenleiter
erweitert. Zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sei noch bemerkt,
daß es unter Umständen für die Gleichmäßigkeit der Übertragung des ganzen Frequenzbandes
vorteilhaft ist, kleine Abweichungen von den beschriebene * n Anpassungsbedingungen
einzuführen, damit die Fehler, welche infolge der restlichen Fehlanpassungen entstehen,
symmetrisch
zu einem Nullwert bei einer bestimmten Frequenz liegen.