EP0532854B1 - Nachstimmeinrichtung für Lang- und Längstwellenantennen - Google Patents

Nachstimmeinrichtung für Lang- und Längstwellenantennen Download PDF

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EP0532854B1
EP0532854B1 EP92111740A EP92111740A EP0532854B1 EP 0532854 B1 EP0532854 B1 EP 0532854B1 EP 92111740 A EP92111740 A EP 92111740A EP 92111740 A EP92111740 A EP 92111740A EP 0532854 B1 EP0532854 B1 EP 0532854B1
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retuning
voltage
reflected
voltages
keying
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Inventor
Helmut Krebs
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Telefunken Sendertechnik GmbH
Original Assignee
Telefunken Sendertechnik GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole

Definitions

  • the invention relates to a retuning device for long and long wave antennas according to the preamble of claim 1.
  • antennas Due to their small dimensions compared to the wavelength, antennas are extremely narrow-band in the long and long-wave ranges. The consequence of this is that the tuning state of the antenna is sensitive to weather influences, such as, for example, icing, fog and wind, and can be influenced by the temperature response of the tuning means. In particular in frequency shift keying mode (F1B), however, the antenna must be tuned at the center frequency. If the mismatch of the antenna caused by the various influences is not readjusted, depending on the level of the mismatch at the center frequency, radiation of an asymmetrical signal, overloading of the transmitter or switching off of the transmitter as a result of limit values being exceeded can be expected. In order to avoid this, it was previously necessary to regularly check the tuning status of the antenna and, if necessary, to readjust it manually.
  • F1B frequency shift keying mode
  • a measuring arrangement for tuning antennas, in which the return voltage is split into its active and reactive components by comparing the phase position of cable voltage and return voltage. This splitting improves the display sensitivity in the known measuring arrangement.
  • the invention has for its object to provide a device that enables retuning of antennas in the long and long wave ranges during frequency shift keying (F1B).
  • the retuning device advantageously uses the correspondence of the tactile feedback voltages with an antenna tuned to the center frequency (F1B operation) as the tuning criterion.
  • the physical feature that the reactive component of the return voltage changes its polarity with the key position of the F1B operation is advantageously used to obtain the touch-point-related return voltages.
  • the retuning device according to the invention has the advantage that it can be used for automatic antenna tuning.
  • the tuning state of the antenna can thus be maintained independently of changing external influences without the need for manual control and tuning processes.
  • Such a design of the retuning device is specified in the subclaims.
  • a solution is specified in a subclaim, which advantageously uses the interposition of peak voltmeters.
  • the transmission line 3 connects the transmitter 1 to the antenna 2.
  • the cable voltages U K and return voltages U R occurring on the transmission line 3 are detected with the sensors 6, 7.
  • the U K sensor 6 a capacitive voltage divider with a parallel connection of a resistor is used in a known manner. This sensor 6 is used to obtain a voltage value proportional to the actual cable voltage, which is simply referred to here as cable voltage U K , since according to the invention it is not the size but only the phase position of the cable voltage that is evaluated.
  • a current transformer in combination with a capacitive voltage divider and a resistor circuit is used to tap the return voltage U R.
  • a voltage proportional to the actual return voltage which is referred to here as return voltage U R , can be tapped at the winding of the current transformer, which is connected as described above.
  • the determination of the return voltages related to the tactile position shown in FIG. 2 takes place in an evaluation device 8, consisting of a 90-degree phase shifter 11, three comparators 12, 15, 16, three switches 13, 17, 18, two low-pass filters 14, 24, a rectifier 23 and two peak voltmeters 21, 22.
  • the return voltage U R measured on the transmission line 3 is applied to the input 10 and is applied to the switch 13 and rectifier 23, which are connected in parallel to one another.
  • the switch 13 is controlled by the square-wave voltage of the comparator 12 on the output side. This square-wave voltage is obtained in the comparator 12 from the cable voltage U K. Before the cable voltage U K is fed to the comparator 12, it is phase-shifted with the aid of the upstream 90-degree phase shifter 11 with respect to the phase position present at the input 9.
  • the reactive component of the return voltage U R is available at the output of the switch 13 because of the timing shifted by 90 degrees with respect to the cable voltage U K. After screening in a low-pass filter 14, this reactive component, which changes its polarity with the F1B keying, is given to two comparators 15, 16 connected in parallel. Depending on the polarity of the reactive component, one or the other comparator 15, 16 switches through.
  • the square-wave voltages present at the outputs of the comparators 15, 16 are thus of opposite phase, corresponding to the F1B keying. According to the invention, these square-wave voltages are used for a tactile-related selection of the return voltage U R.
  • the return voltage U R is applied to two parallel switches 17, 18, each switch 17, 18 being controlled by one of the square-wave voltages of the comparators 15, 16 on the output side.
  • the return voltage U R Before being connected to the switches 17, 18, the return voltage U R is in a rectifier 23 and a low-pass filter 24 rectified and sieved.
  • the switch-back voltages U R + and U R- are applied to the switch outputs 19, 20 of the switches 17, 18. These voltages are evaluated in a peak voltmeter 21, 22 and are then available for antenna tuning. With the peak voltmeters used for the measured value acquisition, in addition to the evaluation process, a time constant that always occurs in the antenna circuit is compensated.
  • the physical characteristic that the amplitude values of the tactile return voltages U R + and U R- must match for a tuned antenna is used as the tuning criterion.
  • the antenna is corrected by means of the retuning varometer 4 until this agreement is reached.
  • FIG. 3 shows a signal conditioning device 25 with which an automatic retuning of the antenna 2 is possible.
  • the tactile return voltages U R + and U R- are used as control signals for the retuning variometer 4.
  • the signal conditioning device 25 for each of the associated comparator 30, 31, a selection of its switching range is made for the tactile feedback voltages U R + and U R- using reference voltages U Ref, 1 and U Ref, 2 , which are used in the comparators 30, 31 as a response - and waste threshold serve. This ensures that the retuning is not activated every time the tuning state changes slightly.
  • the reference voltages U Ref, 1 , U Ref, 2 fed to each comparator 30, 31 are formed in a reference element 29, to which the arithmetic mean of the tactile-related return voltages U R + , U R- is supplied from a mean element 28.
  • the return voltages U R + , U R- selected in this way are fed to the clockwise-counterclockwise rotation control circuit 32, at the outputs 33, 34 of which control signals for the adjusting motor 5 of the retuning variometer 4 are available.
  • the retuning device may only be activated if the transmitter is actually performing a frequency shift keying operation.
  • This operational detection can be carried out by evaluating the reactive component of the return voltage, which is not detailed here, the detection being based on the aforementioned change in polarity of the reactive component of the return voltage U R.
  • a control signal can also be derived from the modulator of the transmitter 1 in a simple manner.

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nachstimmeinrichtung für Lang- und Längstwellenantennen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aufgrund ihrer im Vergleich zur Wellenlänge geringen Abmessungen sind Antennen im Lang- und Längstwellenbereich extrem schmalbandig. Dies hat zur Folge, daß der Abstimmzustand der Antenne empfindlich gegenüber Witterungseinflüssen, wie z.B. Vereisung, Nebel und Wind, ist sowie vom Temperaturgang des Abstimmittels beeinflußt werden kann. Insbesondere bei Frequenzumtastbetrieb (F1B) ist jedoch eine Abstimmung der Antenne bei Mittenfrequenz Voraussetzung. Erfolgt keine Nachstimmung der durch die verschiedenen Einflüsse verursachten Fehlanpassung der Antenne, so ist je nach Höhe der Fehlanpassung bei Mittenfrequenz mit der Abstrahlung eines unsymmetrischen Signals, einer Überlastung des Senders bzw. einer Abschaltung des Senders infolge Überschreitung von Grenzwerten zu rechnen.
    Um dies zu vermeiden war bisher eine regelmäßige Kontrolle des Abstimmzustandes der Antene und ggf. eine manuelle Nachstimmung erforderlich.
  • Aus der DE-A-34 03 557 ist für die Abstimmung von Antennen eine Meßanordnung bekannt, in der durch einen Vergleich der Phasenlage von Kabelspannung und Rücklaufspannung eine Aufspaltung der rücklaufenden Spannung in ihren Wirk- und Blindanteil erfolgt. Durch diese Aufspaltung ist die Anzeigeempfindlichkeit in der bekannten Meßanordnung verbessert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die ein Nachstimmen von Antennen im Lang- und Längstwellenbereich während eines Frequenzumtastbetriebes (F1B) ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Nachstimmeinrichtung verwendet in vorteilhafter Weise die bei einer auf Mittenfrequenz (F1B-Betrieb) abgestimmten Antenne vorliegende Übereinstimmung der tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen als Abstimmkriterium. Zur Gewinnung der tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen wird vorteilhaft das physikalische Merkmal ausgenutzt, daß der Blindanteil der Rücklaufspannung seine Polarität mit der Tastlage des F1B-Betriebes ändert.
  • Die erfindungsgemäße Nachstimmeinrichtung hat den Vorteil, daß sie für eine automatische Antennenabstimmung verwendbar ist. Damit ist der Abstimmzustand der Antenne unabhängig von sich ändernden äußeren Einflüssen aufrechterhaltbar, ohne daß manuelle Kontroll- und Abstimmvorgänge erforderlich sind. Eine derartige Ausbildung der Nachstimmeinrichtung ist in den Unteransprüchen angegeben. Zur Abgleichung von Zeitkonstanten des Antennenkreises ist in einem Unteranspruch eine Lösung angegeben, die dazu in vorteilhafter Weise die Zwischenschaltung von Spitzenspannungsmessern verwendet.
  • Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
    • Fig.1
    zeigt einen Antennenkreis mit einer bekannten Meßwerterfassung der Kabel- und Rücklaufspannung,
    Fig.2
    zeigt eine Einrichtung zur Ermittlung der tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen und
    Fig.3
    zeigt eine ausgangsseitige Signalaufbereitungseinrichtung für die Einbindung des Nachstimmvariometers.
  • In Fig. 1 ist eine Übertragungsleitung 3 mit einem UK-Sensor 6, einem UR-Sensor 7 und einem Nachstimmvariometer 4 gezeigt. Die Übertragungsleitung 3 verbindet den Sender 1 mit der Antenne 2.
  • Mit den Sensoren 6,7 werden die auf der Übertragungsleitung 3 auftretenden Kabelspannungen UK und Rücklaufspannungen UR erfaßt. In dem UK-Sensor 6 wird in bekannter Weise ein kapazitiver Spannungsteiler mit einer Parallelschaltung eines Widerstandes verwendet. Gewonnen wird mit diesem Sensor 6 ein der tatsächlichen Kabelspannung proportionaler Spannungswert, der hier vereinfacht als Kabelspannung UK bezeichnet ist, da erfindungsgemäß nicht die Größe, sondern nur die Phasenlage der Kabelspannung ausgewertet wird.
  • Für den Abgriff der Rücklaufspannung UR wird in bekannter Weise ein Stromwandler in Kombination mit einem kapazitiven Spannungsteiler und einer Widerstandsbeschaltung verwendet. Eine der tatsächlichen Rücklaufspannung proportionale Spannung, die hier als Rücklaufspannung UR bezeichnet ist, ist an der Wicklung des Stromwandlers abgreifbar, die wie vorangehend beschrieben beschaltet ist.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Ermittlung der tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen erfolgt in einer Auswerteeinrichtung 8, bestehend aus einem 90-Grad-Phasenschieber 11, drei Komparatoren 12, 15, 16, drei Schaltern 13, 17, 18, zwei Tiefpässen 14, 24, einem Gleichrichter 23 und zwei Spitzenspannungsmessern 21, 22.
  • Dabei wird die auf der Übertragungsleitung 3 gemessene Rücklaufspannung UR auf den Eingang 10 gegeben und liegt am Schalter 13 und Gleichrichter 23 an, die parallel zueinander geschaltet sind. Der Schalter 13 wird von der ausgangsseitigen Rechteckspannung des Komparators 12 gesteuert. Diese Rechteckspannung ist im Komparator 12 aus der Kabelspannung UK gewonnen. Bevor die Kabelspannung UK dem Komparator 12 zugeführt ist, ist sie mit Hilfe des vorgeschalteten 90-Grad-Phasenschiebers 11 gegenüber der am Eingang 9 vorliegenden Phasenlage phasenverschoben.
  • Am Ausgang des Schalters 13 steht, wegen der um 90 Grad gegenüber der Kabelspannung UK verschobenen Taktung, der Blindanteil der Rücklaufspannung UR zur Verfügung. Nach Siebung in einem Tiefpaß 14 ist dieser Blindanteil, der seine Polarität mit der F1B-Tastung ändert, auf zwei parallel geschaltete Komparatoren 15, 16 gegeben. Je nach Polarität des Blindanteiles schaltet der eine oder der andere Komparator 15, 16 durch. Damit sind die an den Ausgängen der Komparatoren 15, 16 anstehenden Rechteckspannungen gegenphasig, entsprechend der F1B-Tastung, ausgebildet. Diese Rechteckspannungen werden erfindungsgemäß für eine tastlagenbezogene Selektion der Rücklaufspannung UR verwendet. Die Rücklaufspannung UR wird dazu auf zwei parallele Schalter 17, 18 gegeben, wobei jeder Schalter 17, 18 von einer der ausgangsseitigen Rechteckspannungen der Komparatoren 15, 16 gesteuert ist. Vor der Aufschaltung auf die Schalter 17,18 ist die Rücklaufspannung UR in einem Gleichrichter 23 und einem Tiefpaß 24 gleichgerichtet und gesiebt. An den Schalterausgängen 19, 20 der Schalter 17, 18 stehen die tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen UR+ und UR- an. Diese Spannungen werden in je einem Spitzenspannungsmesser 21, 22 ausgewertet und stehen danach für die Antennenabstimmung zur Verfügung. Mit den für die Meßwerterfassung eingesetzten Spitzenspannungsmessern wird zusätzlich zum Auswertungsvorgang eine im Antennenkreis immer auftretende Zeitkonstante kompensiert.
  • Als Abstimmungskriterium wird das physikalische Merkmal verwendet, daß die Amplitudenwerte der tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen UR+ und UR- für eine abgestimmte Antenne übereinstimmen müssen. Mittels des Nachstimmvarometers 4 wird die Antenne solange korrigiert, bis diese Übereinstimmung erreicht ist.
  • Fig. 3 zeigt eine Signalaufbereitungseinrichtung 25 mit der eine automatische Nachstimmung der Antenne 2 möglich ist. Dazu sind die tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen UR+ und UR- als Steuersignale für das Nachstimmvariometer 4 verwendet. In der Signalaufbereitungseinrichtung 25 erfolgt für die tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen UR+ und UR- in je einem zugeordneten Komparator 30, 31 eine Auswahl ihres Durchschaltbereiches mit Hilfe von Referenzspannungen URef,1 und URef,2, die in den Komparatoren 30, 31 als Ansprech- und Abfallschwelle dienen. Damit ist gewährleistet, daß die Nachstimmung nicht bei jeder geringfügigen Änderung des Abstimmzustandes aktiviert ist. Die jedem Komparator 30, 31 zugeführten Referenzspannungen URef,1, URef,2 sind in einem Referenzglied 29 gebildet, dem wiederum dazu der arithmetische Mittelwert der tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen UR+, UR-aus einem Mittelwertglied 28 heraus zugeführt ist. Die so ausgewählten Rücklaufspannungen UR+, UR- sind der Rechts- Linkslaufsteuerschaltung 32 zugeführt, an deren Ausgängen 33, 34 Steuersignale für den Verstellmotor 5 des Nachstimmvariometers 4 zur Verfügung stehen.
  • Die Nachstimmeinrichtung darf nur aktiviert werden, wenn auch tatsächlich vom Sender ein Frequenzumtastbetrieb durchgeführt wird. Diese Betriebserkennung kann durch eine hier nicht näher ausgeführte Auswertung des Blindanteils der Rücklaufspannung erfolgen, wobei die Erkennung auf der schon voranstehend genannten Polaritätsänderung des Blindanteiles der Rücklaufspannung UR basiert. Auch läßt sich dazu in einfacher Weise ein Steuersignal aus dem Modulator des Senders 1 ableiten.

Claims (5)

  1. Nachstimmeinrichtung für Lang- und Längstwellenantennen, die auf einer Messung der auf der Übertragungsleitung zwischen Sender und Antenne auftretenden Kabel (UK)- und Rücklaufspannung (UR) basiert und bei welcher der Blindanteil der Rücklaufspannung (UR) mittels eines Schalters gewonnen wird, über welchen die Rücklaufspannung geführt ist und der von einer Rechteckspannung gesteuert ist, die mittels eines Komparators aus der um 90-Grad phasenverschobenen Kabelspannung erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) im Frequenzumtastbetrieb (F1B) arbeitet, daß der am Ausgang des Schalters (13) einer Auswerteeinrichtung (8) anstehende Blindanteil der Rücklaufspannung (UR) über einen Tiefpaß (14) auf zwei Komparatoren (15, 16) gegeben ist, von denen ein Komparator (15) negative und der andere Komparator (16) positive Blindanteile durchschaltet und daß mit den Schaltspannungen der Komparatoren (15, 16) zwei Schalter (17, 18) gesteuert sind, auf welche die im Gleichrichter (23) gleichgerichtete und im Tiefpaß (24) gesiebte Rücklaufspannung (UR) geschaltet ist und an deren Schalterausgängen (19, 20) die den Tastlagen des Senders entsprechenden Rücklaufspannungen (UR+, UR-) als Signale für die Einstellung eines Nachstimmvariometers (4) der Antenne (2) zur Verfügung stehen.
  2. Nachstimmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen (UR+, UR-) einer Rechts-Linkslauf-Steuerschaltung (32) zugeführt sind, die auf den Verstellmotor (5) des Nachstimmvariometers (4) einwirkt.
  3. Abstimmeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den tastlagenbezogenen Rücklauf-Spannungen (UR+, UR-) in einer Signalaufbereitungseinrichtung (25) in einem Mittelwertglied (28) der arithmetische Mittelwert gebildet ist, daß aus diesem Mittelwert in einem Referenzglied (29) der Einrichtung (25) zwei verschiedene Referenzspannungen (URef,1, URef,2) erzeugt werden, daß diese beiden Referenzwerte jeweils zwei parallelgeschalteten Komparatoren (30, 31) zugeführt sind, wo sie in jedem der Komparatoren (30, 31) als Ansprech- und Abfallschwelle zum Durchschalten und Sperren jeweils einer der tastlagenbezogenen Rücklaufspannung (UR+, UR-) dienen und daß die in den Komparatoren (30, 31) ausgewählten Werte der Rücklaufspannungen (UR+, UR-) der Rechts-Linkslauf-Steuerschaltung (32) zugeführt sind.
  4. Nachstimmeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung abgeschaltet ist, wenn der Sender (1) nicht in einem Frequenzumtastbetrieb (F1B) betrieben wird und daß dazu die bei F1B-Betrieb auftretende Polaritätsänderung des Blindanteiles der Rücklaufspannung UR als Steuerkriterium verwendet ist.
  5. Nachstimmeinrichtung nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schalterausgängen (19, 20) anstehenden tastlagenbezogenen Rücklaufspannungen (UR+, UR-) jeweils über einen Spitzenspannungsmesser (21, 22) geführt sind, bevor sie für die Steuerung des Nachstimmvariometers (4) Verwendung finden.
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