DE1283307B - Antenna amplifier - Google Patents
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Description
Antennenverstärker
Eine weitere, sehr wirksame Maßnahme zur Stabilisierung des Antennenkreises besteht darin, daß zwischen der Antenne und dem Antennenverstärker mit negativem Widerstand als Zweipol einerseits und dem Empfängereingang andererseits ein weiterer Antennenverstärker als Vierpol bekannter Bauart eingeführt ist. Hierbei ist dieser zweite Antennenverstärker in einem in bezug auf die Wellenlänge des Empfangskanals kleinen Abstand oder irr ganzen Vielfachen der halben Wellenlänge an die Antenne anzuschließen. so daß für den Antennenkreis ein definierter Abschlußwiderstand durch den Eingang dieses als Vierpol aufgebauten zweiten Antennenverstärkers gebildet ist.Another very effective measure to stabilize the antenna circuit is that between the antenna and the antenna amplifier with negative Resistance as a two-pole on the one hand and the receiver input on the other hand another Antenna amplifier is introduced as a quadrupole of known type. Here is this one second antenna amplifier in one with respect to the wavelength of the receiving channel small distance or whole multiples of half the wavelength to the antenna to connect. so that a defined terminating resistance for the antenna circuit formed the input of this four-pole built second antenna amplifier is.
Der Ausgang dieses zweiten Antennenverstärkers wird in üblicher Weise an den Wellenwiderstand des zum Empfängereingang führenden Hochfrequenzkabels reflexionsfrei angepaßt. Durch die Trennwirkung dieses zweiten Verstärkers werden die Einflüsse des Hochfrequenzkabels und des Empfingcreingangswiderstandes auf den Antennenkreis vermieden, so daß an den Ausgang dieses zweiten Verstärkers unbedenklich beliebige Empfänger angeschlossen werden können, ohne daß ein Nachgleich der Rückkopplungsschaltung des ersten Antennenverstärkers erforderlich wird.The output of this second antenna amplifier is in the usual way reflection-free to the wave impedance of the high-frequency cable leading to the receiver input customized. Due to the separating effect of this second amplifier, the influences of the high-frequency cable and the receiving circuit input resistance on the antenna circuit avoided, so that any harmless to the output of this second amplifier Receivers can be connected without having to adjust the feedback circuit of the first antenna amplifier is required.
Diese stabilen Eigenschaften sind die Voraussetzung einer serienmäßigen Anwendung des neuartigen Antennenverstärkers. Die Ausbildung der Transformationselemente zur Anpassung des Vcrstärkerelcmentes im Antennenverstärker mit negativein Widerstand kann vorteilhaft in an sich bekannter Weise als Topfkreis erfolgen.These stable properties are the prerequisite for a serial Application of the new antenna amplifier. The formation of the transformation elements to adapt the amplifier element in the antenna amplifier with negative resistance can advantageously take place in a manner known per se as a pot circle.
Zum Schutz des Verstärkerelementes vor Gewitterspannungen kann man übliche Hochpaßschaltungen vorsehen.To protect the amplifier element from thunderstorm voltages one can Provide customary high-pass circuits.
An Hand der F i g. 1 und 2 werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Antennenverstärkers mit negativem Widerstand für den Fall, daß das Verstärkerelement aus einem Transistor besteht, beschrieben.On the basis of FIG. 1 and 2 are embodiments of the invention Antenna amplifier with negative resistance in the event that the amplifier element consists of a transistor, described.
Der Transistor 1 bildet .mit der Primärwicklung des Transformators 2 als Induktivität und der Abstimmkapazität3 sowie dem kapazitiven Spannungsteiler aus den Kondensatoren 4 und 5 einen über diesen Teiler rückgekoppelten Oszillatorkreis, der unterhalb seines Schwingeinsatzes mit definiertem Rückkopplungsgrad betrieben wird. Durch die hochohmigen Emitterwiderstände 6 und 7 sowie durch Dimensionierung des Spannungsteilers 4 und 5 werden die hohen Stabilitätsforderungen erfindungsgemäß erfüllt. Der Oszillatorkreis ist auf Resonanz für die Trägerfrequenz des Empfangskanals abgestimmt, so daß die gesamte Oszillatorschaltung sich an der Sekundärwicklung des Transformators 2 wie ein reeller negativer Widerstand vom Wert -RT verhält. Dieser negative Widerstand wird nach F i g. 1 in Serie zum Strahlungswiderstand RS und Verlustwiderstand RF des in üblicher Vierpolschaltung arbeitenden und durch einen hochohmigen Emitterwiderstand stabilisierten zweiten Antennenverstärkers 9 geschaltet. Dann gilt das der untenstehenden Theorie zugrunde liegende Ersatzschaltbild nach F i g. 3. Als Antenne 8 sei ein Halbwellendipol angenommen, der bei gewählter Ankopplung in seinem Strommaximum als Serienresonanzkreis für die Trägerfrequenz des Empfangskanals aufgefaßt werden kann.The transistor 1 forms .with the primary winding of the transformer 2 as inductance and the tuning capacitance 3 as well as the capacitive voltage divider an oscillator circuit that is fed back via this divider from the capacitors 4 and 5, which operated below its vibration level with a defined degree of feedback will. Through the high-ohm emitter resistors 6 and 7 and through dimensioning of the voltage divider 4 and 5, the high stability requirements are according to the invention Fulfills. The oscillator circuit is at resonance for the carrier frequency of the receiving channel tuned so that the entire oscillator circuit is attached to the secondary winding of transformer 2 behaves like a real negative resistance with the value -RT. This negative resistance is shown in FIG. 1 in series with radiation resistance RS and loss resistance RF of the working in the usual four-pole circuit and through a second antenna amplifier 9 stabilized by a high-resistance emitter resistor switched. Then the equivalent circuit diagram on which the theory below is based applies according to FIG. 3. A half-wave dipole is assumed as the antenna 8; Coupling in its current maximum as a series resonance circuit for the carrier frequency of the receiving channel can be understood.
An die Stelle dieses Einzeldipols können beliebige andere Antennen, wie z. B. Mehrfachdipolantennen, Dipole mit Reflektorspiegel sowohl in Halbwellenals auch in Ganzwellenausführung oder auch als kurze Dipole mit entsprechend dann erforderlichen zusätzlichen Abstimmelementen, treten.Instead of this single dipole, any other antennas, such as. B. Multiple dipole antennas, dipoles with reflector mirror in both half-wave and full-wave versions or as short dipoles with corresponding additional voting elements then required.
Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von der Schaltung in F i g. 1 dadurch, daß der negative Widerstand -RT zum Eingangswiderstand RF parallel liegt. Das Ubersetzungsverhältnis des Transformators 2 ist hier im allgemeinen vom Ubersetzungsverhältnis in F i g. 1 verschieden. Beide. Schaltungsvarianten lassen sich auf denselben Gewinn dimensionieren.The in F i g. 2 shown differs from the circuit Circuit in FIG. 1 in that the negative resistance -RT to the input resistance RF is parallel. The transmission ratio of the transformer 2 is here in general on the transmission ratio in FIG. 1 different. Both. Leave circuit variants dimension themselves for the same profit.
Der zweite Antennenverstärker 9 trennt erfindungsgemäß den aus RS + Rv + RF - RT bestehenden Antennenkreis vom Hochfrequenzkabel und Empfängereingang, so da13 eine einwandfreie Anpassung des Verstärke:zusganges 10 mit einem positiven Widerstand an den Wellenwiderstand des zum Empfänger 11 fahrenden Hochfrequenzkabels -12 möglich ist. Ev,ntuelle Fehlanpassungen am erzeugen keine Rückwirkungen auf den Antennenkreis und können insbesondere die Stabilität dieses Antennenkreises nicht beeinflussen.According to the invention, the second antenna amplifier 9 separates the antenna circuit consisting of RS + Rv + RF - RT from the high-frequency cable and receiver input, so that the amplifier can be perfectly matched with a positive resistance to the characteristic impedance of the high-frequency cable -12 going to the receiver 11 . Possible mismatches on the do not have any repercussions on the antenna circuit and, in particular, cannot influence the stability of this antenna circuit.
Zur Theorie des Antennenverstärkers mit negativem Widerstand wird folgendes ausgeführt: Es sei Scrienresonanz für den Empfang der Trägerfrequenz.f' vorausgesetzt Mit dein Strahlungswiderstand RS, demAntennen-Verlustwiderstand R,., dem Eingangswiderstand R,; des angeschlossenen Empfängers und dem als Serienwiderstand eintransformierten negativen Widerstand -RT des erfindungsgemäßen Antennenverstärkers ergibt sich dann die in F i g. 3 dargestellte Ersatzschaltung. Unterhalb des Schwingeinsatzes, d. h. für IRTI < RS + RV + R,,, wird der Wirkungsgrad Bezeichnet man den Gewinn G dieses Antennenverstärkers als das Verhältnis des Wirkungsgrades (RT) bei beliebigem negativem Widerstand -RT zum Wirkungsgrad il (RT) bei RT = 0, dann folgt: Der sich hierbei ergebende Kurvenverlauf ist in F i g. 4 dargestellt.In relation to the theory of the antenna amplifier with negative resistance, the following is explained: It is assumed that there is resonance for the reception of the carrier frequency f ' With the radiation resistance RS, the antenna loss resistance R,., The input resistance R ,; of the connected receiver and the negative resistance -RT of the antenna amplifier according to the invention, transformed in as a series resistance, then results in the figure shown in FIG. 3 equivalent circuit shown. Below the vibration insert, ie for IRTI <RS + RV + R ,,, the efficiency is If one denotes the gain G of this antenna amplifier as the ratio of the efficiency (RT) with any negative resistance -RT to the efficiency il (RT) with RT = 0, then it follows: The resulting curve shape is shown in FIG. 4 shown.
Für einen von der Länge 2 H und dem Stabradius ro ergeben sich: a) die kilometrisch: Induktivität L: b) die kilometrische Kapazität C: c) der Wellenwiderstand Z: d) die Ei°satziridtiktivität EI: c:) die Ersatzkapazität Cw. . Die Kreisgüte Q der Antenne ist dann Eine Umrechnung dieser Formel für die Kreisgüte Q unter Einführen des Gewinns G und der Antennengüte Q" ohne Antennenverstärker (RT = 0l ergibt Für einen -Dipol mit Reflektor kann für Rs + R, = 60 12 angesetzt werden. RE sei ebenfalls 60 12.For one the length 2 H and the rod radius ro result in: a) the kilometric: inductance L: b) the kilometric capacity C: c) the wave resistance Z: d) the charge conductivity EI: c :) the equivalent capacity Cw. . The circular quality Q of the antenna is then A conversion of this formula for the circular quality Q by introducing the gain G and the antenna quality Q "without antenna amplifier (RT = 0l results For one -Dipole with reflector can be used for Rs + R, = 60 12. RE is also 60 12.
Dann wird Hei RT = 0, d. h. ohne Transistor, wird Für 1, = 480 MHz, ? H = 0,9 62 = 56 cm r<, = 0,5 cm, ist Q", = 0,5 - In 112 = 0,5 4.72 = 2,36 .Then it will be Hei RT = 0, ie without transistor, becomes For 1, = 480 MHz,? H = 0.9 62 = 56 cm r <, = 0.5 cm, is Q ", = 0.5 - In 11 2 = 0.5 4.72 = 2.36.
Für ,/z = 90 MHz. 2 H = 0,95 - 333 = 317 cm ro == 0,6 cm, ist Q112 = 0.,5 - In 528 = 0,5 - 6,27 = 3,13 .For, / z = 90 MHz. 2 H = 0.95 - 333 = 317 cm ro == 0.6 cm, is Q112 = 0., 5 - In 528 = 0.5 - 6.27 = 3, 1 3.
Für 480 MHz, Baj%dbreite .J; = 7 MHz. ergibt sich eine erforderliche l; reisgute von Dann folgt als maximaler Gewinn Für ./z == 90 MHz, .(, -= 0,3 MHz ergibt sich eine erforderliche Ki-eisgüte° voll Dann folgt als m; xiinrthr Gewinn Diese Gewinne sind bei optimaler Dimensionierung des negativen Transistorwiderstandes -R(T) bzw. -R(T) theoretisch möglich. Aus wird Die Absorptionsfläche F" als Wirkfläche der Antenne mit der Höhe H, dem Wellenwiderstand ZO (= 377S2), den Widerständen RS, RV, RE, -RT bei angeschlossenem Empfänger ergibt sich zu Aus dieser Formel folgt im Vergleich zur Formel für die Kreisgüte Q, daß beide Formeln als Faktor den Gewinn G besitzen. Das heißt, die Absorptionsfläche, der Gewinn G und die Kreisgüte sind insbesondere in bezug zum negativen Transistorwiderstand -RT zueinander proportional. Durch -R-1-wird die Absorptionsfläche F" als Wirkfläche der Antenne entscheidend vergrößert.For 480 MHz, Baj% dwidth .J; = 7 MHz. results in a required l; rice goods from Then comes the maximum profit For ./z == 90 MHz,. (, - = 0.3 MHz, the required Ki-ice quality ° full results Then it follows as m; xiinrthr profit These gains are theoretically possible with optimal dimensioning of the negative transistor resistance -R (T) or -R (T). the end will The absorption area F ″ as the effective area of the antenna with the height H, the wave impedance ZO (= 377S2), the resistances RS, RV, RE, -RT when the receiver is connected results in From this formula, in comparison to the formula for the circular quality Q, it follows that both formulas have the gain G as a factor. This means that the absorption area, the gain G and the circular quality are proportional to one another, particularly with regard to the negative transistor resistance -RT. By -R-1- the absorption area F ″ as the effective area of the antenna is decisively increased.
Die physikalischen Vorgänge bei dieser Vergrößerung der Absorptionsfläche als Wirkfläche werden verständlich, wenn man bedenkt, daß durch den negativen Widerstand des erfindungsgemäßen Antennenverstärkers der Antennenstrom bei konstanter, durch das Produkt aus der Senderfeldstärke und der effektiven Antennenhöhe festgelegter, eingeprägter Antennenspannung entsprechend dem Gewinn erhöht wird. Hierdurch wird das von der Empfangsantenne aufgebaute Gegenfeld in ihrer Umgebung entsprechend vergrößert und damit das Senderfeld geschwächt.The physical processes involved in this enlargement of the absorption surface as an effective area can be understood if one considers that due to the negative resistance of the antenna amplifier according to the invention, the antenna current at constant, through the product of the transmitter field strength and the effective antenna height of specified, impressed antenna voltage is increased according to the gain. This will the opposing field built up by the receiving antenna in its environment accordingly enlarged and thus weakened the transmitter field.
Der erfindungsgemäße Antennenverstärker mit negativem Widerstand liefert die für dieses Gegenfeld zusätzlich erforderliche Leistung. Diese Verkopplung des Verstärkers mit d@:rn Antennenfeld ist die Voraussetzung für den echten Gewinn gegenüber bekannten Antennenverstärkern.The antenna amplifier according to the invention with negative resistance provides the additional power required for this opposing field. This coupling of the Amplifier with d @: rn antenna field is the prerequisite for real gain compared to known antenna amplifiers.
Während bisher (RT = 0) nur durch Mehrfachdipole bzw. Dipole mit Spiegelreflektoren eine Vergrößerung der Absorptionsfläche möglich und damit ein größerer Gewinn erreichbar waren, kann mit Hilfe des an der Antenne als negativer Widerstand wirkenden Antennenverstärkers erfindungsgemäß durch elektrische Maßnahmen als Wirkfläche die Absorptionsfläche der aus einem Einzelfeld oder beliebigen Mehrfachdipolanordnungen bestehenden Antennen zusätzlich vergrößert werden. Die Mehrfachdipolanordnungen bzw. die Dipole mit Spiegelreflektoren wählt man hierbei möglichst breitbandig, so daß der Phasengang des Antennenwiderstandes innerhalb des übertragungskanals ausreichend flach verläuft und die Kreisgüte Qo ohne Verstärker (RT = 0) gering, d. h. der maximal durch den erfindungsgemäßen Antennenverstärker erzielbare Gewinn möglichst groß werden.While so far (RT = 0) only through multiple dipoles or dipoles with mirror reflectors an enlargement of the absorption area is possible and thus a greater profit can be achieved with the help of the antenna amplifier acting as a negative resistance on the antenna according to the invention by electrical measures as the active surface, the absorption surface the antennas consisting of a single field or any multiple dipole arrangements can also be enlarged. The multiple dipole arrangements or the dipoles with mirror reflectors chooses one here as broadband as possible, so that the phase response of the antenna resistance runs sufficiently flat within the transmission channel and the circular quality Qo without amplifier (RT = 0) low, i.e. H. the maximum through the antenna amplifier according to the invention achievable profit as large as possible.
Die in der Praxis erreichbaren Gewinne G hängen in erster Linie von der Stabilität der Rückkopplungsschaltung ab und sind außerdem durch die Mindestbandbreite begrenzt.The gains G that can be achieved in practice depend primarily on the stability of the feedback circuit and are also due to the minimum bandwidth limited.
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