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Röhrenschaltung zur Anpassung des Blindwiderstandes einer Peilantenne
an den Wellenwiderstand eines Kabels -Die Meßergebnisse von Peilempfangsanlagen
können durch in der Umgebung der Peilantenne reflektierte elektromagnetische Wellen
stark verfälscht werden.
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Dies wirkt sich besonders bei auf Schiffen installierten Peilempfangsanlagen
störend aus, da hier der Schiffskörper, die Maste, das Ladegeschirr und ähnliche
Teile stark reflektieren. Zur Vermeidung der durch Reflexionen verursachten Störungen
wird deshalb in der Praxis häufig die Forderung gestellt, das Peilantennensystem
in größerer Entfernung vom Peilempfänger, z. B. auf der Mastspitze eines Schiffes,
aufzustellen.
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Da der Peilempfänger stets an einer gut zugänglichen Stelle aufgestellt
sein muß, ist es erforderlich, Peilantenne und Peilempfänger über lange Kabel miteinander
zu verbinden. DieseVerbindungskabel dürfen jedoch nicht länger als etwa 7 bis 12
m sein, da einerseits bei niedrigen Frequenzen das Kabel die Antennenspannung zu
sehr heruntertransformiert, am Empfängereingang also nur eine sehr kleine Spannung
liegt, und da andererseits bei hohen Frequenzen die Kabellänge bereits in der Größenordnung
einer Viertelbetriebswellenlänge liegt, was einen starken Phasengang in der Umgebung
des Resonanzpunktes zur Folge hat. Dazu kommt noch, daß der durch das Kabel transformierte
und daher frequenzabhängige Antennenblindwiderstand, dessen Frequenzabhängigkeit
nur bei kleinen Kabellängen vernachlässigt werden kann, parallel zum Empfängereingangskreis
liegt und deshalb den Gleichlauf der Empfängerabstimmung stört.
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Die Verwendung langer Kabel zwischen Peilantenne und Peilempfänger
ist möglich, wenn man die Transformations- und Resonanzerscheinungen der Kabel beseitigt.
Die Beseitigung dieser störenden Erscheinungen kann dadurch erfolgen, daß man die
Kabel in an sich bekannter Weise eingangs- und ausgangsseitig reflexionsfrei abschließt.
Zur Anpassung der Impedanz einer Antenne an den Wellenwiderstand eines Antennenkabels
können Blindwiderstände, z. B.
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Leitungsabschnitte bestimmten Wellenwiderstandes und bestimmter Länge,
verwendet werden. Derartige Schaltungen sind jedoch stark frequenzabhängig und daher
nicht geeignet, den Blindwiderstand einer Peilantenne - die ohmsche Komponente der
Antennenimpedanz ist sowohl bei Peilrahmen als auch bei Adcockantennen vernachlässigbar
klein - über einen relativ großen Frequenzbereich in einen ohmschen Widerstand zu
transformieren.
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Die bei der Verwendung von linearen Transformationsgliedern auftretenden
Mängel können dadurch umgangen werden, daß man zur Transformation in an sich bekannter
Weise Röhrenschaltungen verwendet. Als vorteilhaft haben sich hierbei Schaltungen
erwiesen,
die wenigstens am Ausgang eine Kathodenverstärkerstufe aufweisen, da die Ausgangswiderstände
von Kathodenverstärkern wesentlich niedriger sind als beispielsweise von Kathodenbasisverstärkern
und daher zur Anpassung beispielsweise an Kabel gut geeignet sind.
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Würde man in einer Peilempfangsanlage zur Anpassung der Peilantenne
an ein Kabel einen normalen Kathodenverstärker benutzen, dann würde hier das Nutz-zu-Stör-Vethältnis
sehr klein werden. Zum Rauschanteil trägt nämlich nicht nur die Röhre des Kathodenverstärkers
bei, sondern in noch größerem Maße die erste Röhre des Peilempfängers, da die Empfängereingangsspannung
infolge der Verstärkung des Kathodenverstärkers < 1 und infolge der Spannungsherabsetzung
durch das Kabel noch niedriger sein wird als am Eingang des Kathodenverstärkers.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Röhrenschaltung zur Anpassung
des Blindwiderstandes einer Peilantenne an den Wellenwiderstand eines Kabels, die
die genannten Mängel nicht aufweist. Die erfindungsgemäße Röhrentransformationsstufe
soll also nicht nur die Anpassung des Kabels gewährleisten, sondern die Spannung
der Rahmenantenne derart verstärken, daß das Signal am Eingang des Peilempfängers
derart groß ist, daß das Rauschen der ersten Empfängerröhre keine merkliche Verschlechterung
des Nutz-zu-Stör-S ignals verursacht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer
Röhrenschaltung zur Anpassung des Blindwiderstandes einer Peilantenne an den Wellenwiderstand
eines Kabels für eine Peilempfangsanlage, bei der der Kabelausgang über einen Impedanzwandler
an den Eingangsblindwiderstand des
Empfangsgerätes angepaßt wird,
zwei als Kathodenverstärker geschaltete Verstärkerstufen über einen die Spannung
hochtransformierenden Übertrager miteinander gekoppelt sind.
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Durch die Schaltung auch der ersten Stufe als Kathodenverstärker
wird eine Linearisierung der Arheitskennlinie erreicht, d. h. die Kreuzmodulation
vermieden. Zweckmäßig wählt man dabei den Gegenkopplungsfaktor derart groß, daß
der Klirrfaktor dritter Ordnung vernachlässigbar klein wird.
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An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll
nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Anschaltung einer erfindungsgemäßen
Röhrenschaltung an eine Peilempfangsanlage, bei welcher der Peilempfänger über lange
Verbindungskabel mit der Peilantenne. im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem
Kreuzrahmen, verbunden ist. Der Längsrahmen sei mit 1, der Querrahmen mit 2 bezeichnet;
beide Rahmen werden über Kabel 3 und 4, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als abgeschirmte Paralleldrahtleitungen ausgebildet sind, mit den Eingängen eines
Peilempfängers 5 verbunden. Zwischen die Kabelausgänge und die Empfängereingänge
sind Impedanzwandler 6 und 7 eingeschaltet, deren Eingangswiderstand gleich dem
Wellenwiderstand der Kabel 3 und 4 ist. Die Ausgänge der Impedanzwandler 6 und 7
sind rein induktiv gewählt, da die Eingänge von Peilempfängern in den meisten Fällen
einen induktiven Blindwiderstand verlangen. Durch die Einschaltung der Tmpedanzwandler
6 und 7 wird verhindert, daß der relativ kleine Wellenwiderstand des Kabels den
Empfängereingang bedämpft und damit die Selektivität des Empfängers verringert.
Da sich auf den Kabeln 3 und 4 wegen des reflexionsfreien Abschlusses keine stehenden
Wellen ausbilden können, hat die Kabellänge keinen Einfluß auf das Spannungsübersetzungsverhältnis
zwischen Rahmen und Empfängereingang. Einer beliebigen Verlängerung der Kabel 3
und 4 sind lediglich durch die Kabelverluste Grenzen gesetzt. Die Verluste auf Kabeln
von etwa 200 m Länge sind noch so klein, daß sie keine merkliche Dämpfung zur Folge
haben. Durch die empfangsseitige Anpassung der Kabel 3 und 4 wird der Kabeleingangswiderstand
gleich dem Wellenwiderstand des Kabels, so daß bei unmittelbarer Verbindung des
Rahmens mit dem Kabel am Kabeleinang eine erhebliche Fehlanpassung auftreten würde,
da ein Peilrahmen nahezu einen reinen Blindwiderstand darstellt.
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Der an dieser Stelle auftretende Reflexionsfaktor wäre so groß, daß
nur ein Bruchteil der im Rahmen induzierten Spannung über das Kabel zu den Impedanzwandlern
6 und 7 gelangen würde. Durch die Einschaltung je eines erfindungsgemäßen Impedanzwandlers
8 und 9 zwischen die Rahmenausgänge und die Kabeleingänge wird nicht nur diese Fehlanpassung
verhindert, sondern auch noch eine Verstärkung der von der Rahmenantenne gelieferten
Spannung erreicht.
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Der Ausgangswiderstand des Impedanzwandlers 8 bzw. 9 ist an den Wellenwiderstand
der Kabel 3 und 4, der Eingangswiderstand an den Rahmenwiderstand angepaßt oder
derart groß gewählt, daß der Rahmen praktisch Leerlaufspannung abgibt.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Impedanzwandlers
zur Einschaltung zwischen Antenne und Kabeleingang, der in der Fig. 1 mit 8 bzw.
9 bezeichnet ist.
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In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäße
Impedanzwandler als
Gegentaktverstärker ausgebildet. Die Verwendung eines Gegentaktverstärkers
für die erfindungsgemäße Röhrentransformatorstufe hat den Vorteil, daß die Peilantenne
an die Klemmen 10 erdsymmetrisch angeschaltet werden kann, wodurch sich etwaige
durch die Zuleitungen aufgenommene Störungen im Verstärker kompensieren. Darüber
hinaus können sich bei einer solchen Schaltung Oherwellen mit geradzahliger Ordnungszahl
nicht ausbilden. Die Anoden der Röhren 11 bis 14 liegen über je einen Blockkondensator
15 hochfrequenzmäßig an Masse. Die Anodengleichspannung wird über die Klemme 16,
ein Drossel-Kondensator-Siebglied 17 und je einen ohmschen Widerstand 18 den Anoden
zugeführt. Zur Erzeugung der Gittervorspannung durch Spannungsabfall des Kathodenstromes
liegt im Anoden-Kathoden-Kreis jeder Stufe ein ohmscher Widerstand 19 und parallel
dazu eine Kapazität 20 als Uberbriickung für hohe Frequenzen. An die Kathoden der
Röhren 11 und 12 ist die Primärwicklung eines Transformators 22 angeschaltet. Die
Sekundärwicklung des Transformators 22 ist mit den Gittern der Röhren 13 und 14
verbunden. Der Transformator 22 hat ein derart großes Spannungsübersetzungsverhältnis
zum Eingang der Röhren 13, 14 hin, daß das Rauschen der zweiten Stufe das Gesamt-Signal-zu-Rausch-Verhältnis
nicht mehr merkbar beeinflußt. Der Eingang der ersten Stufe ist durch die Einschaltung
von Gitterableitwiderständen 21 aperiodisch. Parallel zu den Gitterableitwiderständen
21 liegt ein Resonanzkreis, der durch die Induktivität der Primärwicklung des Transformators
22, die Gitterkathodenkapazitäten der Trioden 11 und 12 sowie die Schaltungskapazitäten
gebildet wird. Damit der Eingang der ersten Stufe innerhalb des Betriebsbereiches
keine Resonanzerscheinungen zeigt, wird die Resonanzfrequenz dieses Kreises durch
Wahl der entsprechenden Schaltelemente derart hoch gelegt, daß sie außerhalb des
Betriebsfrequenzbereiches liegt. Ebenso wie bei der ersten Stufe liegt zwischen
den Kathoden der Trioden 13, 14 die Primärwicklung eines Ausgangstransformators
23.
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Bekanntlich ist der Ausgangswiderstand einer Anodenbasisschaltung
etwa gleich der reziproken Steilheit einer Röhre und damit ein ohmscher Widerstand.
Das Übersetzungsverhältnis des Ausgangstransformators 23 ist derart gewählt, daß
der Wellenwiderstand des an den Klemmen 24 angeschlossenen Kabels primärseitig in
die reziproke Steilheit transformiert wird.
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Die Gleichspannungszuführung für die erfindungsgemäßen als Röhren-
oder Transistorenschaltungen ausgebildeten Impedanzwandler (8 und 9 in Fig. 1) kann
grundsätzlich über Hilfsleitungen erfolgen. Zur Vereinfachung der Anordnung empfiehlt
es sich jedoch, die Kabelmäntel der Antennenkabel (3 und 4 in Fig. 1) als Hin- bzw.
Rückleitung für die Gleichspannung zu benutzen oder die Gleichspannung über eine
aus der Trägerstromtechnik bekannte sogenannte Phantomleitung zu übertragen. In
letzterem Falle dienen die gleichspannungsmäßig parallel geschalteten Innenleiter
des einen Kabels als Hin-, die des anderen Kabels als Rückleitung. Es ist allerdings
hierbei auf eine genügende Trennung von Gleichstrom und Hochfrequenzkreis durch
Einschaltung von Siebgliedern zu achten. An Stelle der Trioden können in dem erfindungsgemäßen
Impedanzwandler nach Fig. 2 auch Pentoden oder andere Verstärkerröhren Verwendung
finden. Es empfiehlt sich jedoch, Trioden zu benutzen, da diese den Röhren mit mehr
als einem Gitter bezüglich des Rauschfaktors überlegen sind. Im Falle einer Gegentaktschaltung
verwendet man zweckmäßig an Stelle von zwei Einzeltrioden pro Stufe eine Doppeltriode.
Auch
die Verwendung von Transistoren an Stelle von Röhren ist möglich.