DE1279151B

DE1279151B - Antenna amplifier working with transistors

Info

Publication number: DE1279151B
Application number: DE1963S0087017
Authority: DE
Inventors: Horst Wohlgemuth
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-08-30
Filing date: 1963-08-30
Publication date: 1968-10-03

Description

Mit Transistoren arbeitender Antennenverstarker Es ist bekaiint, die von Düpfangsantenneft aufgenommenen Signale durch einen nachgeschälteten Afftenheftvergtärker vor der übertragutig über längdte Leitungsstrecken, z. D. von Gdmeiiisehaft9-antennenanlagen, zu verstärken. Für derartige An# Ordftttügen Werden in zunehmendem Maß alg Verglärketeleinente Halbleiter, insbesondere Ttaüsigtoreii, verwendet.Antenna amplifier working with transistors It is known that Signals picked up by Düpfangsantenneft through a downstream Afftenheftvergtärker before transferring over long lines, z. D. von Gdmeiiisehaft9 antenna systems, to reinforce. For such arrangements, alg glazing elements are increasingly being used Semiconductors, especially Ttaüsigtoreii, used.

Da die Antennen meist gegenüber ihrer Umgebung erhöht angebracht werden, sind sie in besonderem Maß durch Blitzeitischläge gefährdet. Bei Gemein-§thaftsäntennettänlagen besteht deshalb die Vorgehrift, daß die leitenden Teile der Antenne mit einer Blitzgdhüt±(3illtichtung zu versehen sind. Diese besteht je nach der Art der verwendeten Antennen ans einer Funkenstrecke, die mit einer Erdleitung Vera bunden ist. Manche Antennen, z. B. Yagi-Antennen mit Faltdipolen, könhen zwar unmittelbar auch an ihren aktiven Strahlerelementen geerdet werden, wobei trotzdem infolge der Länge der Erdschleife und der starken Belastung eine gewisse Spannung bis zum Eingang der Antennenverstärker gelangen kann. Dies trifft äUdh für die aus der USA.-Pätentschrift 1924 115 bekannten Anordnungen zu, wo zum ZWück der Ableitung von Überspaifflüngen an Anfähnehahlägen unmittelbar bei den aktiven Strahlerelementen Etin Ende kurzgeschlossene Stichleitüngen äflgdsdhlösgen sind. Während sieh diese übergPatitiungen bei Röhrenverstärkeffi kaum nachteilig att9Witken5 können sie bei Halbleiterverstärkem selbst bei kurzzeitigen theiffiischei! Belastungen der Vetstärkereleinente zu deren Zerstörung oder zu-Inindest zur Beeinträchtigung ihrer Eigefischaften führen, Die Erfindung, welche sich auf einen mit Transistoren arbeitenden Antennenverstärker bezieht, dtgsen Ankopplung an den Antennenkreis kapazitiv Vörgeilöninieii wird, begegnet den aufgezeigten Schwierigkeiten weitgehend dadurch, daß zur Unterdrückung von überspannungert der vor dem ersten Ttängistor liegende Eitigatigskteis als Querbeiastung diff äftl Etide kutzgeschloggenes Leitungsstück in der Art eifiet an sich bekannten Stichleitting aufweist und daß fil den Längszweig vor dem Transistor in Sttie ein Xöfidetigatöt mit derart kleinem Kapäzitäts-Wort ditigeschaltet Ist, daß dadurch züsamthen mit der Eingangsimpedanz des Halbleiters eine nicht niehrvernachlässigbäre Fehläripassung bewirkt wird, die, durch mindestons ein weiteres Blindelemertt und/ oder durch eifi transforiniefendes Leitungsstück kompensiert ist. Since the antennas are usually installed higher than their surroundings, they are particularly at risk from lightning strikes. In common §thaftsäntennettänlagen-so there is Vorgehrift that the conductive parts of the antenna are provided with a Blitzgdhüt ± (3illtichtung to. This is depending on the type of antennas used ans a spark gap which is connected to a ground line Vera. Some antennas, For example, Yagi antennas with folding dipoles can also be earthed directly to their active radiator elements, although due to the length of the earth loop and the heavy load, a certain voltage can reach the input of the antenna amplifier USA.-Pätentschrift 1,924,115 known arrangements for are where the ZWück deriving Überspaifflüngen to Anfähnehahlägen äflgdsdhlösgen directly in the active radiating elements Etin end shorted Stichleitüngen. during check this übergPatitiungen at Röhrenverstärkeffi hardly adversely att9Witken5 can theiffiischei at Halbleiterverstärkem even during brief! charges The invention, which relates to an antenna amplifier working with transistors, ie coupling to the antenna circuit is capacitive, counteracts the difficulties identified largely by suppressing overvoltage of the Eitigatigskteis lying in front of the first Ttängistor as transverse load diff äftl Etide kutzgeschloges line piece in the type eifiet has known Stichleitting and that fil the series branch in front of the transistor in Sttie a Xöfidetigatöt with such a small Capacitance word is ditigeschalted that it is connected with the input impedance Semiconductor a non-negligible false fit is brought about, which is compensated for by at least one further blind element and / or by a transforming line piece.

Durch die Verwendung eines Kondensators mit kleiner Kapazität ün Längszwe'g vor dem ersten Ttätigigtor wird dessen zeitliche Whitmebelastung klein gehalten, während durch die Querbelastüng mittels des kurzgeschlöggenell Leitungsstückes bereits vorn Eitigang her oitie stärke Verkleinerung der Amplitude erzielt Würdeil kann. Durch das ZusäriltlienWirken beider Mäßiiahrtien, nämlich der Erziölutig einer kleinen Amplitude einerseits und der kurzzeitigdti Belägtufig änd(ärörgeits, kann die Zöt-9törUfig öder Schädigung des Transistöt9 In einfacher Weise vermieden werden. Diese 13litzschutzeinrichtuilg Ist in Ihret Füfiktioti weitgehend von der Gütt der Erdschleife der Funkeilstreeko unabhängig.By using a capacitor with a small capacitance in a longitudinal branch Before the first activity gate, the time spent whitemaking is kept small, while already through the transverse load by means of the short-cut line piece In front of the entrance, the reduction of the amplitude can be achieved. Through the co-operation of both moderations, namely the creation of a small one Amplitude on the one hand and the short-term coating level changes (annoyance, the Zöt-9törUfig or damage to the transistor can be avoided in a simple manner. This lightning protection device Is in Ihret Füfiktioti largely from the Gütt der Erdschleife of the Funkeilstreeko independent.

Die Stichleitung kanti für dio Betriebsfrequenz A/4 lang gemacht Werden und trägt so nichts zur Ati# passung bei, d. h. igt vom Transfoxmationsvierpol unabhängig. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weitetbildung der Effffidung wird die kürzgeschlössene Stichleitüng tiiit zur Atipassung herangezogen und somit nicht genau als 1/4-Kreis, sondern als kürzeres Elethent ausgebildet. Dies ergibt sowohl eine Einsparung an Bauteilen als auch durch die geringere Leitungglätigd eifie bessüte Erdungi Weitere 13inzelheitäti der Erfindung sind äfi Hand von Augitihtufiggbeispielefi näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 den Aniplitudetivetlauf einer Stoßwelle, F i g. 2, 35 4 und 5 Schaltungsanordlitingen mit unterschiedlichen Tränsförmationsvierpolen.The spur line Kant for dio operating frequency A / are made four long and contributes nothing to the Ati # at adaptation, d. H. igt independent of the transfoxmation quadrupole. According to a particularly advantageous widening of the effect, the shortened stub line is used for matching and is therefore not designed as a precise 1/4 circle, but rather as a shorter element. This results in both a saving in components and, due to the lower level of conduction, the better grounding. Further details of the invention are explained in more detail by way of example examples. It shows F i g. 1 shows the amplitude of a shock wave, F i g. 2, 35 4 and 5 circuit arrangements with different four-pole transverse formation.

in ]# i g. 1 ist in Abhängigkeit von der Zeit t in Mikrosekunden der Verlauf einer angetiommenefi Stößwelle F, (t) dätgeste-Ilt. Diese Kurve entspricht etwa der bei einem Blitzeinschlag auftretenden Belastung mit steilen Flankenanstieg und langsamem Abfall. Die KurveF.(t) zeigt den Verlauf der Stoßwelle, wenn diese über eine Anpassungsschaltung und eine Serienkapazität zum Eingang eines Transistors gelangt ist. Dabei wurde zur Vereinfachung der Darstellung der KurveF.(t) deren Maßstab, be- zogen auf die Ausgangsfunktion F, (t), um den Faktor 103 vergrößert, d. h., in Wirklichkeit ist die den Transistor erreichende Stoßwelle wesentlich kleiner. Dazu kommt noch die zeitlich geringere thermische Belastung durch die Verkleinerung der dem Transistor zugeführten Energie. Die Kurve F2 (t) wird in ihrem ersten Teil um so schmaler und damit die Wärmebelastung geringer, je kleiner der Kapazitätswert des vor dem Transistor liegenden Serienkondensators ist, so daß dieser bei der Betriebsfrequenz einen nicht mehr vernachlässigbaren kapazitiven Widerstand darstellt. . in] # i g. 1 is the course of a shock wave F, (t) dätgeste-Ilt as a function of the time t in microseconds. This curve corresponds roughly to the load that occurs in the event of a lightning strike, with a steep rise and a slow fall. The curve F. (t) shows the course of the shock wave when it has reached the input of a transistor via a matching circuit and a series capacitance. It was for ease of illustration of the KurveF. (T) whose scale sawn subjected to the output function F, (t) is increased by a factor of 103, i. that is, in reality the shock wave reaching the transistor is much smaller. In addition, there is the lower thermal load due to the reduction in the energy supplied to the transistor. The first part of curve F2 (t) becomes narrower and thus the lower the heat load, the smaller the capacitance value of the series capacitor in front of the transistor, so that it represents a no longer negligible capacitive resistance at the operating frequency. .

In F i g. 2 ist die Schaltung einer Empfangsantennenanordnung dargestellt, bei der die über eine Antenne 1 empfangenen Signale nach Durchlaufen eines Symmetriergliedes 2 einer koaxialen Niederführungsleitung 3 zugeführt werden, die an die Eingangsklemme 4 eines in der Eingangssehaltung mit einem Transistor 5 arbeitenden Antennenverstärkers angeschlossen ist. In Serie zum Eingang des in Basisschaltung betriebenen Transistors 5 ist ein Kondensator 6 eingeschaltet, dessen Kapazität die an Hand von F ig. 1 erläuterte Verkleinerung der zeitlichen Belastung bei überspannung bewirkt. Da die Kapazität möglichst klein zu wählen ist, muß die Fehlanpassung mit einer Anpassungsschaltung kompensiert werden. Dies ist durch ein Leitungswerk 7 mit über einen Kurzschlußschieber 8 veränderbarer Länge sowie eine Querinduktivität 9 zu erreichen, so daß am Eingang 4 des Antennenverstärkers für das Niederführungskabel 3 Anpassung herrscht. Die Induktivität 9 wirkt als Drossel, so daß das durch den Kurzschlußschieber 8 abgetrennte untere Leitungsstück nicht störend in Erscheinung tritt. In den Querzweig des Eingangskreises ist eine am Ende kurzgeschlossene und mit dem Massepotential des Antennenverstärkers verbundene Stichleitung 10 als Querableitung eingeschaltet. Durch den veränderbaren Kurzschlußschieber 11 kann auf unterschiedliche Betriebswellenlängen abgestimmt werden. Wird die Stichleitung 10 1/4 lang gewählt, so bleibt sie ohne Einfluß auf die Anpassungssehaltung. Es ist jedoch zweckmäßiger, die Stichleitung so zu dimensionieren, daß sie mit zur Transformation herangezogen wird und damit einen aktiven Bestandteil des Anpassungsvierpols bildet. Der Aufbau dieser Stichleitung kann ebenso wie die der Leitung 7 z. B. in gedruckter Schaltung bzw. Streifenleitertechnik oder in Koaxialbauweise erfolgen. Durch die gleichzeitige Anwendung des Kondensators 6 und der Stichleitung 10 wird die Belastung der Transistoren so klein gehalten, daß außer bei starken direkten Einschlägen keine Schäden zu erwarten sind.In Fig. 2 shows the circuit of a receiving antenna arrangement in which the signals received via an antenna 1 , after passing through a balun 2, are fed to a coaxial down feed line 3 , which is connected to the input terminal 4 of an antenna amplifier operating with a transistor 5 in the input connection. In series with the input of the transistor 5 operated in the base circuit, a capacitor 6 is connected , the capacitance of which is the same as shown in FIG. 1 causes a reduction in the time load in the event of overvoltage. Since the capacitance should be selected to be as small as possible, the mismatch must be compensated for with a matching circuit. This can be achieved by a line system 7 with a variable length via a short-circuit slide 8 and a shunt inductance 9 , so that there is adaptation at the input 4 of the antenna amplifier for the down-lead cable 3. The inductance 9 acts as a choke, so that the lower line section separated by the short-circuit slide 8 does not appear disruptive. A stub line 10, short-circuited at the end and connected to the ground potential of the antenna amplifier, is switched on as a cross lead in the shunt arm of the input circuit. The variable short-circuit slide 11 can be used to tune to different operating wavelengths. If the branch line is chosen to be 10 1/4 long, it has no effect on the adaptation circuit. However, it is more expedient to dimension the stub line in such a way that it is also used for the transformation and thus forms an active component of the four-pole adaptation. The structure of this branch line can, as well as that of the line 7, for. B. in printed circuit or stripline technology or in coaxial design. By using the capacitor 6 and the branch line 10 at the same time, the load on the transistors is kept so low that no damage is to be expected except in the case of strong direct impacts.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist der Anpassungsvierpol insofern vereinfacht, als der dem Transistor 15 vorgeschaltete Kondensator 16 und die kapazitive Eingangsimpedanz des Transistors durch eine leerlaufende Stichleitung 17, ein transformierendes Leitungsstück 18 und eine kurzgeschlossene Stichleitung 19 so kompensiert wird, daß an der Anschlußklemme 20 des Transistorverstärkers für das Niederführungskabel 21 Anpassung herrscht. Gegenüber der Anordnung nach F i g. 2 hat die mit einer Stichleitung 17 arbeitende Anpaßschaltung den Vorteil, daß hier eine Längenänderung und die damit verbundene Impedanzänderung einfacher vorzuneh-. men ist als Längenänderungen beim Leitungsstück 18, d. h. im Längszweig.In the arrangement according to FIG. 3 , the four- pole adjustment is simplified in that the capacitor 16 connected upstream of the transistor 15 and the capacitive input impedance of the transistor are compensated for by an open-circuit stub 17, a transforming line piece 18 and a short-circuited stub 19 so that the connection terminal 20 of the transistor amplifier for the down lead 21 adjustment prevails. Compared to the arrangement according to FIG. 2, the matching circuit working with a branch line 17 has the advantage that a change in length and the associated change in impedance can be made easier here. men is as changes in length in the line section 18, d. H. in the longitudinal branch.

F i g. 4 zeigt einen bei gedruckten Schaltungen mit Vorteil anwendbaren Aufbau für die Stichleitung entsprechend F i g. 3. Die Stichleitung ist in zwei Teilstücke 17a und 17b aufgeteilt, wobei 17b schwenkbar ausgebildet ist und so je nach Lage eine entsprechende Länge ergibt. Die streifenförmigen Leiterbahnen sind über einer hier nicht dargestellten leitenden Ebene angebracht und ergeben mit dieser ein Leitersystem entsprechenden Wellenwiderstandes. Die Anpassungsschaltung wird, ausgehend von der hochfrequenzmäßig nicht vernachlässigbaren Serienkapazität (3 bis 5pF beün FernsehbandIVM, so dünensioniert, daß bei Heranziehung der kurzgeschlossenen Stichleitung zur Transformation diese möglichst kurz gehalten werden kann, also eine Induktivität darstellt.F i g. FIG. 4 shows a structure for the stub line according to FIG. 3. The branch line is divided into two sections 17a and 17b , 17b being designed to be pivotable and thus giving a corresponding length depending on the position. The strip-shaped conductor tracks are attached over a conductive plane, not shown here, and with this result in a conductor system with a corresponding wave resistance. Based on the high-frequency non-negligible series capacitance (3 to 5pF for TV band IVM), the matching circuit is so thin that when the short-circuited stub line is used for transformation, it can be kept as short as possible, i.e. it represents an inductance.

Eine weitere Möglichkeit für die Ausgestaltung des Anpassungsvierpols ist in F i g. 5 dargestellt. Dem Transistor 22 ist ein Kondensator 23, ein Leitungsstück 24 und eine Stichleitung 25 vorgeschaltet. Zwischen der Anschlußklemme 26 des Antennenverstärkers und der kurzgeschlossenen Stichleitung 25 ist ein weiterer Kondensator 27 eingeschaltet. Da die Antennenanlage im Bereich der Strahler meist zusätzlich geerdet ist, tritt hier die Kombination von Masseverbindung und Serienkondensator praktisch zweimal auf.Another possibility for the configuration of the four-pole adaptation is shown in FIG. 5 shown. A capacitor 23, a line piece 24 and a stub line 25 are connected upstream of the transistor 22. A further capacitor 27 is connected between the connection terminal 26 of the antenna amplifier and the short-circuited stub line 25 . Since the antenna system is usually also grounded in the area of the radiators, the combination of ground connection and series capacitor occurs practically twice.

Claims

1. A hüt transistors operating antenna amplifier, the coupling is carried out capacitively coupled to the antenna circuit, d a d u rch in that for suppressing surges of lying in front of the first transistor input circuit as transverse loading a short-circuited at the end of the line piece (10) in the manner of a has known stub line and that in the series branch before the transistor (5) in series a capacitor (6) with such a small capacitance value is switched on that thereby, together with the input impedance of the semiconductor, a no longer negligible mismatch is caused, which is caused by at least one another dummy element and / or transforming line piece is compensated.

2. Antenna amplifier according to claim 1, characterized in that the line section short-circuited at the end (10) is used for matching transformation. 3. Antenna amplifier according spoke 1 or 2, characterized in that two capacitors (23, 27) are connected in series between the antenna-side connection of the antenna amplifier and the input of the transistor, between which the short-circuited stub line (25) is connected. 4. Antenna amplifier according to claim 2 or 3, characterized in that the length of the short-circuited line section is chosen to be smaller than 2/4. 5. Antenna amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the series capacitance and the stub line, the adaptation circuit consists of transforming line pieces (17, 18) lying in the series branch and / or shunt branch, of which at least one is variable in length . USA. Pat. No. 1,924,115.