DE102006040978A1

DE102006040978A1 - Sendeanordnung

Info

Publication number: DE102006040978A1
Application number: DE200610040978
Authority: DE
Inventors: Klaus Weber
Original assignee: TRANSRADIO SENDERSYSTEME BERLI; TRANSRADIO SENDERSYSTEME BERLIN AG
Current assignee: TRANSRADIO SENDERSYSTEME BERLI; TRANSRADIO SENDERSYSTEME BERLIN AG
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2008025456A1

Abstract

Für eine Sendeanordnung wird vorgeschlagen, mit dem Ausgang des Sendeverstärkers bzw. einem Verbindungskabel zu der Antennenanordnung ein ergänzendes Netzwerk zu verbinden, welches wenigstens ein ohmsches Widerstandselement enthält und eine frequenzabhängige Fehlanpassung verringert. Insbesondere bei resonant auf die Ortskurve eines Parallelkreises oder eines Serienkreises abgestimmter Antennenanordnung ergibt sich eine vorteilhafte Ausführung eines solchen ergänzenden Netzwerks und eine deutliche breitbandige Reduzierung der Fehlanpassung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sendeanordnung mit einem Sender und mit einer einen Antennenstrahler enthaltenden Antennenanordnung.
Auf dem Gebiet der Langwelle, Mittelwelle und Kurzwelle werden Rundfunksendungen seit langem als analoge amplitudenmodulierte (AM) Signale übertragen. Neuere Bestrebungen gehen dahin, in diesen Frequenzbereichen auch digital modulierte Rundfunksendungen zu übertragen. Für eine längere Übertragungszeit ist von einem Nebeneinander von analogen und digitalen Signalen auszugehen, wie z. B. in einem IBOC-System von Ibiquity oder einem Single Channel Simulcast (SCS)-Verfahren im DRM-System. Die digitalen Modulationen verwenden typischerweise eine Kombination von Amplitudenmodulation und Phasenmodulation. Entsprechend der Bezeichnung des Frequenzbereichs bis 30 MHz als AM-Bänder sind nachfolgend unter AM-Sendern alle in diesem Frequenzbereich betriebenen Sender unabhängig von der Modulationsart verstanden.
Eine Antennenanordnung kann zusätzlich zu dem eigentlichen Antennenstrahler eine Abstimmeinheit (antenna tuning unit ATU) enthalten, mittels welcher insbesondere kurze Antennen resonant auf eine Trägerfrequenz abgestimmt werden können. Die Impedanz einer Antennenanordnung ist frequenzabhängig, so dass sich eine frequenzabhängige Fehlanpassung ergibt.
Aus „Evaluation and Improvement of AM Antenna Characteristics for Optimal Digital performance" von Ronald D. Rackley, 2004, ist es bekannt, dass Unsymmetrien der Lastimpedanz zu Übersprechstörungen und zu höheren Fehlerraten bei der Decodierung der digitalen Signale führen können. Für Ibiquity- IBOC sind Richtwerte für Forderungen an Impedanz der Last am Ausgang des Senderverstärkens und an das Fernfeld der Antenne angegeben.
In „AM Antenna System Case Studies for DRM and IBOC DAB" von B. L. Cox und J. R. Moser, 2002, sind verschiedene Antennenkonfigurationen und deren Eingangsstehwellenverhältnisse (VSWR) beschrieben, welche in der Regel nicht zufriedenstellend sind. Es sind Beispiele von Antennen-Anpassschaltungen (Antenna Tuning Units ATU) mit Netzwerken aus Kapazitäten und Induktivitäten beschrieben, mit welchen die Symmetrie der Lastimpedanz am Senderverstärker verbessert werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sendeanordnung mit weiter verbesserten Übertragungseigenschaften anzugeben.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist, dass gezielt ein durch ein ohmsches Wirkwiderstandselement verlustbehaftetes ergänzendes Netzwerk mit dem Ausgang des Senderverstärkers und mit der Antennenanordnung verbunden ist. Während bei gebräuchlichen Abstimm- oder Anpassschaltungen in derartigen Sendeanordnungen darauf geachtet ist, möglichst keine Leistungs-Verluste zu bewirken, um den Wirkungsgrad der Sendeanordnung nicht zu beeinträchtigen, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung bewusst ein solcher Leistungsverlust durch eine in dem ohmschen Widerstandselement des ergänzenden Netzwerks umgesetzte Verlustleistung vorgesehen, wobei eine solche Verlustleistung vorteilhafterweise frequenzabhängig ist.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass zwar für die Lastimpedanz des Endverstärkers des Senders eine Symmetrierung bezüglich einer Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereichs, insbesondere einer Trägerfrequenz eines analog modulierten Signals möglich ist, dass aber die Übertragung zur Antennenanordnung als Last sowohl in Amplitude als auch Laufzeit des Stroms durch die Antenne ein frequenzabhängiger Verlauf und eine deutliche Frequenzabhängigkeit der Fehlanpassung auftritt. Es zeigt sich, dass durch die erfindungsgemäße Zuschaltung eines ergänzenden Netzwerks mit wenigstens einem ohmschen Widerstandselement eine wesentliche Verringerung der Impedanz-Fehlanpassung der Antennenanordnung und eine weitgehende Symmetrie der Übertragung mit einfachen Mitteln erreicht werden kann. Im Idealfall kann die Fehlanpassung breitbandig völlig beseitigt werden.
Es zeigt sich ferner, dass die Verlustleistung in dem ergänzenden Netzwerk gering gehalten werden kann und dass insbesondere bei einer Antennenanordnung mit minimaler Fehlanpassung bei einer Frequenz typischerweise einer zumindest annähernd in der Mitte des Betriebsfrequenzbereichs liegenden Resonanzfrequenz der Antennenanordnung, der Leistungsverlust in dem ergänzenden Netzwerk vorteilhafterweise gleich Null sein kann und Leistungsverluste im ergänzenden Netzwerk nur in Frequenzbereichen mit gegenüber der minimalen Fehlanpassung größerer Fehlanpassung bewirkt werden. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft aus bei Sendesignalen mit einem einen hohen Anteil an der Gesamtsendeleistung beanspruchenden Trägersignal, beispielsweise einem analogen AM-Zweiseitenband-Signal oder bei ein Analogsignal und ein Digitalsignal enthaltenden Simulcastsignalen, bei denen ein Träger zugesetzt ist.
In einer Antennenanordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung seien insbesondere der Antennenstrahler und eine üblicherweise vorhandene Antennen- Anpassschaltung z. B. der aus dem Stand der Technik bekannten Art sowie eine gegebenenfalls impedanzbeeinflussende Leitung zwischen Antennenanordnung und ergänzendem Netzwerk als eingeschlossen betrachtet. Das ergänzende Netzwerk enthält in vorteilhafter Ausführung wenigstens ein ohmsches Widerstandselement und mehrere Reaktanzelemente. Die parasitären Widerstände von Reaktanzelementen in dem ergänzenden Netzwerk und einer gegebenenfalls vorhandenen Abstimmschaltung seien als vernachlässigbar betrachtet und nicht als ohmsche Widerstandselemente im Sinne der Erfindung verstanden.
Das frequenzabhängige Verhalten der Antennenimpedanz sei über einen Betriebsfrequenzbereich betrachtet, welcher vom jeweiligen Einsatzfall abhängen kann und z. B. wie für Ibiquity-IBOC ± 15 kHz um eine Mittenfrequenz umfassen kann. Eine Mittenfrequenz eines Betriebsfrequenzbereichs kann vorteilhafterweise für analog modulierte Signale mit der Trägerfrequenz, bei digital modulierten Mehrträgersignalen wie OFDM mit einer mittleren Trägerfrequenz zusammenfallen. Davon abweichend sind bei dem DRM-System auch Konstellationen mit unsymmetrischer Lage eines digital modulierten Signal in wenigstens einem Nachbarkanal zu einem analogen Zweiseitenbandsignal in einem Simulcastsignal vorgesehen.
Die Antennenanordnung ist vorteilhafterweise resonant, insbesondere auf die Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereichs als Resonanzfrequenz, abgestimmt. Insbesondere bei stark unsymmetrischer Leistungsverteilung über den Betriebsfrequenzbereich wie z. B. bei einem unsymmetrischen Simulcastsignal wie vorstehend erwähnt kann es auch vorteilhaft sein, die Resonanzfrequenz der Antennenanordnung von der Betriebsfrequenz deutlich abweichen zu lassen und beispielsweise mit der Trägerfrequenz des analogen Zweiseitenbandsignlas zusammenfallen zu lassen. Eine resonante Abstimmung mittels einer bei dem Antennenstrahler angeordneten Abstimmschaltung ist an sich bekannt, ebenso die Minimierung der Fehlanpassung bei der Resonanzfrequenz. Die resonante Abstimmung der Antennenanordnung ist für die vorliegende Erfindung von besonderem Vorteil, da sich das ergänzende Netzwerk dabei besonders vorteilhaft gestalten lässt. Das ergänzende Netzwerk kann vorteilhafterweise eine Zweipolschaltung bilden.
In einer ersten vorteilhaften Ausführung ist die Antennenanordnung auf die Ortskurve in einer komplexen Impedanzebene, z. B. in einem Smith-Diagramm, eines Parallelkreises abgestimmt und zeigt dabei im wesentlichen das frequenzabhängige Verhalten eines Parallelresonanzkreises mit ohmschen Parallelwiderstand. Das ergänzende Netzwerk ist dann vorteilhafterweise als Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandselements und eines Serienresonanzkreises ausgeführt und in Serienschaltung zwischen den Ausgang des Senderverstärkers und die Antennenanordnung eingefügt.
In anderer vorteilhafter Ausführung ist die Antennenanordnung auf die Ortskurve eines Serienkreises abgestimmt und zeigt dabei im wesentlichen das frequenzabhängige Verhalten eines Serienresonanzkreises mit ohmschem Serienwiderstand. Das ergänzende Netzwerk ist dann vorteilhafterweise als eine Serienschaltung eines Parallelresonanzkreises und eines ohmschen Widerstandselements ausgeführt und liegt bezüglich des Ausgangs des Senderverstärker typischerweise unter Zwischenschaltung eines Verbindungskabels parallel zu der Antennenanordnung.
Die Resonanzfrequenz der Antennenanordnung und die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises bzw. Parallelresonanzkreises sind vorteilhafterweise identisch. Die Antennenanordnung kann auch resonant auf eine Zwischensituation zwischen Serienkreis und Parallelkreis abgestimmt sein mit entspre chender Umgestaltung des ergänzenden Netzwerks. Serienkreisverhalten und Parallelkreisverhalten der Antennenanordnung sind typischerweise durch phasendrehende Leitungslängen ineinander überführbar.
Bei resonanter Abstimmung des ergänzenden Netzwerks auf eine vorzugsweise mit der Resonanzfrequenz f0 der Antennenanordnung zusammenfallende Resonanzfrequenz gilt vorteilhafterweise für das Verhältnis der in dem ergänzenden Netzwerk als Verlustleistung aufgenommenen Wirkleistungsdichte Pen(f) zu der an die Antennenanordnung abgegebenen Wirkleistungseistungsdichte Paus(f), Pen(f)/Paus(f), ein von der Frequenz f abhängiger Bereich von 0,5 w2 < Pen(f)/Paus(f) < 2 w2 mit w als der auf die Hälfte der Bandbreite B des wie beschrieben ersatzweisen Resonanzkreises der abgestimmten Antennenanordnung normierten Frequenzabweichung der betrachteten Frequenz f von der Resonanzfrequenz f0, also w = (f – f0)/(B/2).
Die Ausführung des ergänzenden Netzwerks und die Anordnung des wenigstens einen Widerstandselements in dem Netzwerk können im Detail unterschiedlich ausfallen. Insbesondere können in dem ergänzenden Netzwerk auch mehrere ohmsche Widerstandselemente enthalten sein, welche unterschiedliche Anteile von Verlustleistung aufnehmen können. Wobei die quantitativen Angaben zu dem Maß der Verlustleistung dann für die über die mehrerern ohmschen Widerstandselemente kumulierte Verlustleistung gelten. Der wirksame Widerstandswert eines solchen Widerstandselements kann von dessen realem Widerstandswert z. B. durch Transformationselemente abweichen.
Die Erfindung ist von besonderem Vorteil in den AM-Frequenzbändern Kurzwelle und insbesondere Mittelwelle und Langwelle, wo die Breite des Betriebsfrequenzbereichs relativ zur Trägerfrequenz besonders groß ist. Das Sendesignal kann in für diese Frequenzbänder gebräuchlichen herkömmlichen Art z. B. ein analog amplitudenmoduliertes Zweiseitenbandsignal mit einem Trägersignal bei der Mittenfrequenz sein und mit Frequenzabstand von der Trägerfrequenz eine zunehmende Fehlanpassung vorfinden. Das ergänzende Netzwerk kann vorteilhafterweise bei der Trägerfrequenz für das Trägersignal im Idealfall verlustfrei sein und mit Abstand von der Trägerfrequenz nur in den Seitenbändern einen Leistungsanteil als Verlustleistung in dem ohmschen Widerstandselement aufnehmen. Es zeigt sich, dass selbst bei starker Fehlanpassung mit einem VSWR = 2 an den Rändern des Betriebsfrequenzbereichs die Verlustleistung für ein solches Zweiseitenbandbandsignal bei wenigen Prozent der gesamten Sendeleistung liegt und die Fehlanpassung breitbandig stark verringert werden kann. In anderer vorteilhafter Ausführung kann das Sendesignal ein digital moduliertes Signal enthalten. Analog modulierte Signale und digital modulierte Signale können in sogenannten Hybrid-Signalen oder Simulcastsignalen, wie z. B. in dem Ibiquity-IBOC-System oder für DRM in der EP 1276257 A1 kombiniert sein. Die Erfindung ist aber nicht auf den Frequenzbereich der AM-Bänder beschränkt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt.
1 eine schematische Schaltung einer herkömmlichen Sendeanordnung,
2 den Strom durch den Sendeverstärkerausgang zu 1,
3 den Strom durch die Antenne zu 1,
4 eine schematische Schaltung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels einer Sendeanordnung mit erfindungsgemäßen ergänzendem Netzwerk,
5 den Strom durch den Verstärkerausgang zu 4,
6 den Strom durch die Antenne zu 4,
7 eine schematische Schaltung eines weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiels,
8 Frequenzverläufe der Admittanzen einer realen Sendeanordnung der in 7 skizzierten Art.
In 1 ist schematisch eine Schaltung entsprechend einer herkömmlichen Sendeanordnung skizziert, welche einen Sender mit einem Sendeverstärker SV als Signalquelle, eine Antennenanordnung AAP als Signalsenke und ein Verbindungskabel KA zur Verbindung des Ausgangs des Sendeverstärkers mit dem Eingang der Antennenanordnung umfasst. Die auf eine Resonanzfrequenz abgestimmte Antenne ist durch einen Parallelkreis repräsentiert. Die Länge des Verbindungskabels ist an sich beliebig. Der Ausgang der letzten Verstärkerstufe des Sendeverstärkers sei mit V1 bezeichnet. Der Sendeverstärker sei als Spannungsquelle angenommen. In Übereinstimmung mit gebräuchlicher Dimensionierung kann das Kabel vorzugsweise einen Wellenwiderstand von 50Ω besitzen und der Sendeverstärker auf eine Belastung mit 50Ω bei optimaler Impedanzanpassung ausgelegt sein. Ein gemeinsames Bezugspotential (Masse) ist mit M bezeichnet.
Für die Antennenanordnung AAP sei angenommen, dass diese mittels einer Abstimmschaltung auf die Ortskurve eines Parallelkreises abgestimmt sei, dessen Ersatzschaltung durch die Parallelschaltung eines Lastwiderstands R1, einer Lastkapazität C1 und einer Lastinduktivität L1 dargestellt ist. Die Kapazität C1 und die Induktivität L1 stehen symbolisch stellvertretend für reaktive Impedanzkomponenten der Antennenanordnung selbst. Die Antennenanordnung AAP habe eine Resonanzfrequenz bei der Trägerfrequenz f0 eines vom Sendeverstärker abgegebenen Sendesignals. Der Betriebsfrequenzbereich sei beispielsweise wie für ein digital moduliertes Signal des Ibiquity-IBOC-Systems mit +/–15kHz beidseitig der Trägerfrequenz angenommen. Die Trägerfrequenz liege beispielsweise bei f0 = 1 MHz.
Unter den vorgenannten Annahmen ergibt sich aus einer Simulation der in 1 dargestellten Sendeanordnung ein frequenzabhängiger Verlauf des Ausgangsstroms I(V1) der in 2 für Amplitude Am und Phase Ph dargestellten Art. Sowohl die Amplitude als auch die Phase des Stromes I(V1) in der Quelle weisen unsymmetrische Verläufe über die Frequenz auf. Eine Symmetrierung der Kurven ist grundsätzlich durch eine geeignete Wahl der elektrischen Länge des Kabels zwischen Quelle und Last möglich. Es bleibt aber auf jeden Fall eine Frequenzabhängigkeit des Verlaufs für Amplitude und Phase und damit eine frequenzabhängige Fehlanpassung erhalten.
In 3 ist über der Frequenz die Charakteristik der Übertragung des Sendesignals von dem Sendeverstärker als Quelle zu der Antennenanordnung als Senke in Form des Stromes durch den reellen Lastwiderstand R1 der Antennenanordnung nach Amplitude Al und Laufzeit Lz dargestellt. Sowohl die Amplitude Al als auch die Laufzeit Lz zeigen einen unsymmetrischen Verlauf bezüglich der Trägerfrequenz von 1 MHz. Amplitudenvariationen und Laufzeitva riationen sind nicht nur ungünstig hinsichtlich der Fehlanpassung der Antennenanordnung an den Ausgang des Sendeverstärkers, sondern können vor allem bei digital modulierten Signalen zu einer erhöhten Bitfehlerrate und einer erschwerten Korrektur auf Empfangsseite führen.
4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Sendeanordnung, welche gegenüber der in 1 dargestellten Sendeanordnung um ein mit dem Ausgang des Sendeverstärkers verbundenes ergänzendes Netzwerk ENS erweitert ist. Bei Abstimmung der Antennenanordnung AAP auf die Ortskurve eines Parallelkreises in einer komplexen Impedanzebene bildet das ergänzende Netzwerk ENS in bevorzugter Ausführungsform im wesentlichen eine Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandselements R2 und eines Serienresonanzkreises mit Kapazität C2 und Induktivität L2. Die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises C2, L2 ist gleich der Resonanzfrequenz der Antennenanordnung und der Trägerfrequenz des Sendesignals. Das ergänzende Netzwerk ENS ist vorteilhafterweise als Zweipolschaltung in Serie mit der Antennenanordnung AAP an das Kabel KA angeschlossen. Das Ergänzungsnetzwerk ENS ist vorzugsweise räumlich bei der Abstimmschaltung der Antennenanordnung angeordnet, kann aber auch an anderer Stelle in die elektrische Verbindung zwischen Sendeausgang und Antennenanordnung eingefügt sein und kann insbesondere auch beim Sender angeordnet sein. Zwischen dem Ergänzungsnetzwerk ENS und der Antennenanordnung AAP kann auch ein weiteres Verbindungskabel eingefügt sein, welches dabei aber auch als Teil der Abstimmschaltung betrachtet werden kann. Im skizzierten, durch den besonders einfachen Aufbau bevorzugten Ausführungsfall des ergänzenden Netzwerks ENS ist vorteilhafterweise der Widerstandswert des ohmschen Widerstandselements R2 gleich dem reellen Lastwiderstand R1 der Antennenanordnung. Die wirksamen Werte der reellen Widerstände in der Antennenanordnung und dem ergänzenden Netzwerk können aber auch in bekannter Weise durch Transforma tionsschaltungen aus anderen Widerstandswerten abgeleitet sein. Dem Fachmann sind hierfür Gestaltungsmöglichkeiten bekannt.
5 zeigt als Simulation zu der Sendeanordnung nach 4 analog der Darstellung nach 2 den Verlauf von Amplitude AQ und Phase PQ des Stroms am Ausgang V1 des Sendeverstärkers als Quelle. Es ist ersichtlich, dass durch die Maßnahme der Einfügung des ergänzenden Netzwerks ENS sowohl Amplitude als auch Phase im Ausgangsstrom des Sendeverstärkers einen idealen flachen Verlauf annehmen und die Fehlanpassung damit idealerweise vollständig beseitigt ist.
In 6 ist für die in 4 skizzierte Sendeanordnung in Analogie zur Darstellung nach 3 die Amplitude AS und Laufzeit LS des Stroms durch den Lastwiderstand R1 der Antennenanordnung AAP im gleichen Maßstab wie in 3 dargestellt. Es ist offensichtlich, dass sowohl Amplitude als auch Laufzeit des Stromes im Lastwiderstand R1 einen sehr flachen Verlauf über der Frequenz annehmen, so dass Signalstörungen im Vergleich zu der Sendeanordnung nach 1 stark reduziert werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Sendeanordnungen wird in dem ergänzenden Netzwerk ENS gezielt frequenzabhängig Wirkleistung in dem ohmschen Widerstandselement R2 verbraucht, wobei durch die bei der Trägerfrequenz und der Resonanzfrequenz der Antennenanordnung liegende Resonanzfrequenz des Serienkreises C2, L2 die Verlustleistung in dem ohmschen Widerstandselement bei der Trägerfrequenz idealerweise gleich Null ist. Lediglich in von der Trägerfrequenz beabstandeten Frequenzbereichen tritt eine Verlustleistung im ohmschen Widerstandselement R2 auf, welche zu der Verringerung der Fehlanpassung beiträgt. Bei einem typischen Hybrid-Signal für die simultane Aussendung eines analog modulierten Zweiseitenbandsignals und eines digital modulierten Signals liegen die im ohmschen Widerstandselement R2 verbrauchten Verlustleistungsanteile lediglich in der Größenordnung von 1 % bis 3 % der gesamten Sendeleistung.
Bei resonanter Abstimmung des ergänzenden Netzwerks auf eine vorzugsweise mit der Resonanzfrequenz f0 der Antennenanordnung zusammenfallende Resonanzfrequenz gilt vorteilhafterweise für das Verhältnis der in dem ergänzenden Netzwerk als Verlustleistung aufgenommenen Wirkleistungsdichte Pen(f) zu der an die Antennenanordnung abgegebenen Wirkleistungsdichte Paus(f), Pen(f)/Paus(f), ein von der Frequenz f abhängiger Bereich von 0,5 w2 < Pen(f)/Paus(f) < 2 w2 mit w als der auf die Hälfte der Bandbreite B des wie beschrieben ersatzweisen Resonanzkreises C1, L1, R1 bzw. C3, L3, R3 der abgestimmten Antennenanordnung AAP bzw. AAS normierten Frequenzabweichung der betrachteten Frequenz f von der Resonanzfrequenz f0, w = (f – f0)/(B/2).
In 7 ist eine weitere vorteilhafte Ausführung einer Sendeanordnung skizziert, bei welcher im Unterschied zu der in 4 skizzierten Sendeanordnung eine Antennenanordnung AAS auf die Ortskurve eines Serienkreises abgestimmt ist und die Charakteristik einer in 7 skizzierten Serienschaltung eines reellen Widerstandes R3 und eines Serienresonanzkreises mit Kapazität C3 und Induktivität L3 besitzt. Für die Beschreibung des Verhaltens eines solchen Serienkreises der Antennenanordnung AAS kann vorteilhafterweise anstelle der frequenzabängigen komplexen Impedanz die äquivalente frequenzabhängige komplexe Admittanz gewählt werden.
Ein ergänzendes Netzwerk ENP ist parallel zu der Antennenanordnung zwischen den Ausgang des Kabels KA und Masse M geschaltet. Durch die Parallelschaltung des ergänzenden Netzwerks ENP und der Antennenanordnung AAS addieren sich die komplexen Admittanzen dieser beiden Schaltungen. Das ergänzende Netzwerk ENP zeigt in der skizzierten bevorzugten einfachen Ausführung eine Serienschaltung eines ohmschen Widerstandselements R4 und eines Parallelresonanzkreises mit Kapazität C4 und Induktivität L4. Die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises C4, L4 liegt wiederum bei der Resonanzfrequenz der Antennenanordnung AAS und der Trägerfrequenz des Sendesignals.
In 8 ist zu einem realen Aufbau einer Sendeanordnung der in 7 skizzierten Art der Verlauf von Realteil und Imaginärteil der Admittanzen der Antennenanordnung und des ergänzenden Netzwerks dargestellt, wobei die Kurven für die Antennenanordnung in unterbrochener Linie und die Kurven für das ergänzende Netzwerk mit durchgezogenen Linien eingetragen sind. Als Mittenfrequenz ist dabei f0 = 177 kHz und als Breite des Beriebsfrequenzbereichs um f0 +/–20kHz angenommen. Die Skala am linken Rand von 0mS bis 20mS bezieht sich auf die Realteile der Admittanzen, die Skala am rechten Rand mit einem Bereich von –10mS bis +10mS bezieht sich auf die Imaginärteile der Admittanzen. Von den einzelnen Kurven ist der Realteil der Admittanz der Antennenanordnung mit RAA und der Imaginärteil der Admittanz der Antennenanordnung mit IAA, der Realteil der Admittanz des ergänzenden Netzwerks mit RAE und der Imaginärteil der Admittanz des ergänzenden Netzwerks mit IAE bezeichnet. Aus dem annähernd symmetrischen Verlauf sowohl des Realteils RAA als auch des Imaginärteils IAA der Admittanz der Antennenanordnung zeigt sich, dass die Antennenanordnung mit guter Näherung auf die Ortskurve eines Serienkreises wie die Antennenanordnung AAS nach 7 abgestimmt ist. Die Frequenzabhängigkeit der Admittanz über den Betriebsfrequenzbereich ist aber erheblich, so dass bei dem Betrieb einer solchen Antennenanordnung eine starke Fehlanpassung außerhalb der Resonanzfrequenz f0 zu erwarten ist.
Als ergänzendes Netzwerk ist in der realen gemessenen Sendeanordnung eine Schaltung mit einem Aufbau des ergänzenden Netzwerks ENP nach 7 eingesetzt. Der Realteil RAE der Admittanz des ergänzenden Netzwerks ist bei der Trägerfrequenz f0 nahezu gleich Null und lediglich durch parasitäre Widerstände in dem ergänzenden Netzwerk bedingt. Der Imaginärteil IAE der Admittanz des ergänzenden Netzwerks ist bei der Resonanzfrequenz wie auch der Imaginärteil IAA der Admittanz der Antennenanordnung im wesentlichen gleich Null.
Die Admittanzen von Antennenanordnung einerseits und ergänzendem Netzwerk andererseits verlaufen nahezu im gesamten Betriebsfrequenzbereich sowohl bezüglich der Imaginärteile als auch der Realteile gegenläufig zueinander, d. h. bei fallendem Wert für Realteil oder Imaginärteil der Admittanz der Antennenanordnung steigt zugleich der Realteil bzw. Imaginärteil der Admittanz des ergänzenden Netzwerks und bei steigendem Wert für Realteil oder Imaginärteil der Admittanz der Antennenanordnung fällt zugleich der Wert für Realteil bzw. Imaginärteil der Admittanz des ergänzenden Netzwerks.
Durch die bezüglich des Verstärkerausgangs bzw. des Kabelausgangs parallele Anordnung von Antennenanordnung und ergänzendem Netzwerk ergibt sich die gesamte Impedanz der Belastung des Verstärkerausgangs durch Addition der beiden Admittanzen. Die resultierende Admittanz ist für den Realteil mit ausgefüllten Kreisen und für den Imaginärteil mit offenen Kreisen zusätzlich eingetragen.
Es zeigt sich, dass auch bei dem realen Fall der sehr schmalbandigen Antenne mit geringem Aufwand für das ergänzende Netzwerk eine starke Verringerung der Fehlanpassung erreicht werden kann. Die verbleibende Frequenzabhängigkeit der gesamten Admittanz im Realteil und/oder Imaginärteil ist in der Regel so gering, dass eine Nachkorrektur nicht erforderlich ist. Es kann aber auch mit geringem Zusatzaufwand das ergänzende Netzwerk und/oder die Abstimmschaltung der Antenne im Frequenzverhalten noch verändert werden, um die Frequenzabhängigkeit in der gesamten Admittanz weiter zu verringern.
Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere sind typischerweise die Abstimmschaltungen komplexer aufgebaut als für die Antennenanordnung AAP bzw. AAS schematisch skizziert und können insbesondere weitere impedanztransformierende und/oder phasenschiebende Elemente enthalten. Die ergänzenden Netzwerke können gleichfalls weitere Elemente enthalten, wobei aber das Prinzip der gezielten frequenzabhängigen Aufnahme von Verlustleistung in dem wenigstens einem ohmschen Widerstandselement des ergänzenden Netzwerks als wesentliches Element der Verringerung der frequenzabhängigen Fehlanpassung erhalten bleibt. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in dem Frequenzbereich der AM-Bänder beschränkt.

Claims

Sendeanordnung mit einem Sender und einer aus dem Sender gespeisten Antennenanordnung, welche innerhalb eines Betriebsfrequenzbereichs eine frequenzabhängige Antennenimpedanz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Senderausgang ein ergänzendes Netzwerk verbunden ist, welches eine durch die frequenzabhängige Impedanz gegebene Fehlanpassung der Antennenanordnung reduziert, und dass das ergänzende Netzwerk wenigstens ein ohmsches Widerstandselement enthält.
Sendeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ergänzende Netzwerk die Fehlanpassung zumindest über den überwiegenden Teil des Betriebsfrequenzbereichs reduziert.
Sendeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ergänzende Netzwerk den Reflexionsfaktor um im Mittel wenigstens 50 % reduziert.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung einen Antennenstrahler und eine Abstimmschaltung enthält.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ergänzende Netzwerk eine frequenzabhängige Impedanz oder Admittanz besitzt, welche zumindest über den überwiegenden Teil des Betriebsfrequenzbereichs eine zur Impedanz bzw. Admittanz gegenläufige Abhängigkeit von der Frequenz aufweist.
Sendeanordnung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung auf eine Resonanzfrequenz abgestimmt ist und einen bezüglich der Resonanzfrequenz im wesentlichen symmetrischen Verlauf der Fehlanpassung aufweist.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung auf die Ortskurve eines Serienkreises abgestimmt ist, und dass das ergänzende Netzwerk parallel zu der Antennenanordnung mit dem Senderausgang verbunden ist und eine Serienschaltung eines ohmschen Widerstandselements und eines Parallelresonanzkreises bildet.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung auf die Ortskurve eines Parallelkreises abgestimmt ist, und dass das ergänzende Netzwerk in Serie zwischen den Senderausgang und die Antennenanordnung eingefügt ist und eine Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandselements und eines Serienresonanzkreises bildet.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis der in dem ergänzenden Netzwerk als Verlustleistung aufgenommenen Wirkleistungsdichte Pen(f) zu der an die Antennenanordnung abgegebenen Wirkleistungsdichte Paus(f), Pen(f)/Paus(f), ein von der Frequenz f abhängiger Bereich von 0,5 w2 < Pen(f)/Paus(f) < 2 w2 gilt mit w als der auf die Hälfte der Bandbreite B eines ersatzweisen Reso nanzkreises der abgestimmten Antennenanordnung normierten Frequenzabweichung der betrachteten Frequenz f von der Resonanzfrequenz f0, w = (f – f0)/(B/2).
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein ohmsches Widerstandselement in dem ergänzenden Netzwerk einen Widerstandswert von wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 50 % des Wirkwiderstandes bzw. des Kehrwerts des Wirkleitwerts der Antennenanordnung bei einer Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs mit minimaler Fehlanpassung besitzt.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein ohmsches Widerstandselement in dem ergänzenden Netzwerk einen Widerstandswert von höchstens 800 %, insbesondere höchstens 500 % des Wirkwiderstands bzw. des Kehrwerts des Wirkleitwerts der Antennenanordnung bei einer Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs mit minimaler Fehlanpassung besitzt.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein Sendesignal erzeugt, welches ein Zweiseitenbandsignal um eine Mittenfrequenz enthält.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein Sendesignal erzeugt, welches ein Trägersignal bei einer Mittenfrequenz enthält.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein Sendesignal erzeugt, welches ein Hybridsi gnal aus einem analog modulierten Signal und einem digital phasenmodulierten Signal enthält.
Sendeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendefrequenz unter 50 MHz, insbesondere unter 5 MHz liegt.