DE1038619B

DE1038619B - Tube circuit for adapting the reactance of a DF antenna to the wave resistance of a cable

Info

Publication number: DE1038619B
Application number: DET11577A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Albert Troost; Dr-Ing Guenter Ziehm
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1955-11-16
Filing date: 1955-11-16
Publication date: 1958-09-11

Description

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. Tube circuit for adapting the reactance of a DF antenna to the wave impedance of a cable - The measurement results of DF receiving systems can be caused by electromagnetic waves reflected in the vicinity of the DF antenna be heavily falsified.

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.This has a particular effect on direction finder systems installed on ships disturbing, because here the hull, the masts, the loading gear and the like Reflect parts strongly. To avoid the interference caused by reflections Therefore, in practice, the requirement is often made to use the DF antenna system at a greater distance from the DF receiver, e.g. B. on the masthead of a ship, to set up.

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. Because the direction finder is always set up in an easily accessible location must be, it is necessary to connect the DF antenna and DF receiver to one another via long cables connect to. However, these connecting cables must not be longer than about 7 to 12 m, because on the one hand at low frequencies the cable increases the antenna voltage very stepped down, so only a very small voltage at the receiver input and because, on the other hand, at high frequencies the cable length is already in the order of magnitude a quarter operating wavelength, which has a strong phase response in the area of the resonance point. In addition, the one transformed by the cable and therefore frequency-dependent antenna reactance, its frequency dependence can only be neglected with small cable lengths, parallel to the receiver input circuit and therefore disturbs the synchronization of the receiver tuning.

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. The use of long cables between the DF antenna and the DF receiver is possible if the transformation and resonance phenomena of the cables are eliminated. These disturbing phenomena can be eliminated by the Cable terminates reflection-free in a manner known per se on the input and output side. To adapt the impedance of an antenna to the characteristic impedance of an antenna cable can reactances, e.g. B.

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.Line sections with a certain characteristic impedance and a certain length, be used. Such circuits are, however, highly dependent on frequency and therefore not suitable for the reactance of a DF antenna - the ohmic component of the Antenna impedance is negligible for both DF frames and Adcock antennas small - to an ohmic resistance over a relatively large frequency range transform.

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. The ones that occur when using linear transformation terms Deficiencies can be circumvented by starting the transformation into something known per se Way tube circuits are used. Circuits have proven to be advantageous here proven which have at least one cathode amplifier stage at the output, since the output resistances of cathode amplifiers are significantly lower than, for example, of cathode base amplifiers and are therefore well suited for adaptation to cables, for example.

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. One would use a DF receiving system to adapt the DF antenna Using a normal cathode amplifier on a cable would result in the useful-to-interference ratio become very small. It is not just the tube of the cathode amplifier that contributes to the noise component at, but to an even greater extent the first tube of the DF receiver, as the receiver input voltage as a result of the gain of the cathode amplifier <1 and as a result of the voltage reduction through the cable will be even lower than at the input of the cathode amplifier.

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. The purpose of the invention is to provide a tube circuit for adaptation the reactance of a DF antenna to the characteristic impedance of a cable, which does not have the defects mentioned. The tube transformation stage according to the invention so should not only ensure the adjustment of the cable, but also the voltage amplify the loop antenna in such a way that the signal at the input of the direction finder is so large that the noise of the first receiver tube does not deteriorate appreciably of the useful-to-interference signal caused.

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. This object is achieved in that in a Tube circuit for adapting the reactance of a DF antenna to the wave impedance of a cable for a DF receiving system, in which the cable output is via an impedance converter to the input reactance of the Receiving device is adapted, two amplifier stages connected as cathode amplifiers via one the voltage step-up transformers are coupled together.

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. By using the first stage as a cathode amplifier a linearization of the performance characteristic is achieved, i. H. the cross modulation avoided. The negative feedback factor is expediently chosen to be so large that the third order distortion factor becomes negligibly small.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden. On the basis of the exemplary embodiments shown in the figures the invention will be explained in more detail below.

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. Fig. 1 shows a schematic representation of the connection of an inventive Tube circuit to a DF receiving system, in which the DF receiver for a long time Connection cable with the DF antenna. in the present embodiment with a Cross frame, is connected. The longitudinal frame is denoted by 1, the transverse frame by 2; both frames are via cables 3 and 4, which in the present embodiment are designed as shielded parallel wire lines, with the inputs of a DF receiver 5 connected. Between the cable outputs and the receiver inputs impedance converters 6 and 7 are switched on, the input resistance of which is equal to the Characteristic impedance of cables 3 and 4 is. The outputs of the impedance converters 6 and 7 are purely inductive because the inputs of DF receivers in most cases require an inductive reactance. By switching on the impedance converter 6 and 7 prevents the relatively small wave resistance of the cable from the Receiver input attenuated and thus the selectivity of the receiver reduced. Since there are no standing on cables 3 and 4 due to the reflection-free termination Can form waves, the cable length has no influence on the voltage transmission ratio between frame and receiver entrance. Any extension of the cables 3 and 4 are only limited by the cable losses. The losses on cables of about 200 m in length are still so small that they do not result in any noticeable attenuation to have. By adapting cables 3 and 4 on the receiving side, the cable input resistance is increased equal to the characteristic impedance of the cable, so that when the A significant mismatch would occur between the frame and the cable at the cable entry because a DF frame is almost a pure reactance.

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.The reflection factor occurring at this point would be so great that only a fraction of the voltage induced in the frame via the cable to the impedance converters 6 and 7 would arrive. By switching on an impedance converter according to the invention 8 and 9 between the frame outputs and the cable inputs will not only cause this mismatch prevented, but also an amplification of the one supplied by the loop antenna Tension reached.

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.The output resistance of the impedance converter 8 or 9 is connected to the characteristic impedance of cables 3 and 4, the input resistance is adapted to the frame resistance or chosen so large that the frame practically emits no-load voltage.

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. Fig. 2 shows an embodiment of an impedance converter according to the invention for switching on between the antenna and the cable input, which is shown in Fig. 1 with 8 resp. 9 is designated.

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. In the embodiment shown in Fig. 2 is the inventive Impedance converter as Push-pull amplifier formed. Using a push-pull amplifier for the tube transformer stage according to the invention has the advantage that the DF antenna can be connected to the terminals 10 balanced to ground, whereby any Compensate for disturbances in the amplifier picked up by the supply lines. About that In addition, with such a circuit there can be Oherwaves with an even ordinal number not train. The anodes of the tubes 11 to 14 are each over a block capacitor 15 high frequency to ground. The anode DC voltage is applied via terminal 16, a choke capacitor filter element 17 and an ohmic resistor 18 each to the anodes fed. To generate the grid bias through a voltage drop in the cathode current there is an ohmic resistor 19 and parallel in the anode-cathode circuit of each stage in addition a capacitance 20 as bridging for high frequencies. To the cathodes of the Tubes 11 and 12, the primary winding of a transformer 22 is connected. the The secondary winding of the transformer 22 is connected to the grids of the tubes 13 and 14 tied together. The transformer 22 has such a large voltage ratio towards the input of the tubes 13, 14 that the noise of the second stage is the overall signal-to-noise ratio no longer noticeably affected. The input of the first stage is through the switch-on of grid leakage resistors 21 aperiodically. Parallel to the grid leakage resistors 21 is a resonant circuit created by the inductance of the primary winding of the transformer 22, the grid cathode capacitances of the triodes 11 and 12 and the circuit capacitances is formed. Thus the entrance of the first stage within the operating range shows no resonance phenomena, the resonance frequency of this circle is through Choice of the appropriate switching elements so high that they are outside of the Operating frequency range. As with the first stage, there is between the cathodes of the triodes 13, 14, the primary winding of an output transformer 23

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.As is well known, the output resistance is a base anode circuit roughly equal to the reciprocal steepness of a tube and thus an ohmic resistance. The transformation ratio of the output transformer 23 is chosen such that the characteristic impedance of the cable connected to terminals 24 on the primary side in the reciprocal slope is transformed.

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. The DC voltage supply for the tube according to the invention or transistor circuits formed impedance converters (8 and 9 in Fig. 1) generally take place via auxiliary lines. To simplify the arrangement recommends However, the cable sheaths of the antenna cables (3 and 4 in Fig. 1) as outward or forward To use the return line for the DC voltage or the DC voltage via a to transmit so-called phantom lines known from carrier current technology. In in the latter case, the inner conductors connected in parallel with DC voltage are used one cable as a forward line, that of the other cable as a return line. It is, however in doing so, a sufficient separation of direct current and high-frequency circuit Pay attention to the involvement of filter elements. Instead of the triodes can in the invention Impedance converter according to FIG. 2 also use pentodes or other amplifier tubes Find. However, it is advisable to use triodes, as these provide the tubes with more are superior to a grating in terms of the noise factor. In the case of a push-pull circuit it is advisable to use a double triode instead of two single triodes per stage. Even the use of transistors instead of tubes is possible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Tube circuit for adapting the reactance a DF antenna to the wave impedance of a cable for a DF receiving system, in which the cable output is connected to the input reactance via an impedance converter of the receiving device is adapted, characterized by two as cathode amplifiers switched amplifier stages that transform the voltage via a Transformers are coupled to one another.

2. Tube circuit according to claim 1, characterized by its design as a push-pull amplifier.

3. Tube circuit according to claim 1 or 2 for a bearing arrangement with at least two directional antennas via shielded parallel wire lines are connected to the recipient, characterized in that the supply of the anode DC voltage takes place on the shielding jackets of two cables, in such a way that the shielding jacket of one Cable as the outward, that of the other cable as the return conductor for the direct current.

4. Tube circuit according to claim 1 or 2 for a bearing arrangement with at least two directional antennas via shielded parallel wire lines are connected to the receiver, characterized in that the supply of the DC anode voltage takes place across the inner conductors of two cables in such a way that the inner conductor of one cable connected in parallel with direct current as the outward, the of the other cable serve as a return conductor for the direct current.

Documents considered: French patent specification No. 1,059,726; K e n: "Wireless Direction Finding", 4th edition, 1949, pp.92 and 93; H. P i t s c h: "Auxiliary book for radio technology", Leipzig, 1953, p.304.