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Anordnung für die Zusammenschaltung der Ausgänge mehrerer Hochfrequenzverstärker
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Zusammenschaltung der Ausgänge mehrerer
Hochfrequenzverstärker für verschiedene Frequenzbereiche oder -kanäle. In dieser
Anordnung sind die Ausgänge der Verstärker über je ein Bandfilter an einen gemeinsamen
Verbraucher angepaßt angeschlossen. Der Sekundärkreis eines jeden Bandfilters ist
als Reihenresonanzkreis ausgebildet.
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Mit einer bekannten Anordnung dieser Art sind mehrere Verstärker für
je einen Kanal der Fernsehbereiche I (40 bis 68 MHz) und III (174 bis 223 MHz) an
eine Sammelleitung mit 60 Ohm Wellenwiderstand als gemeinsamen Verbraucher angeschlossen,
die an ihren beiden Enden mit einem Widerstand von 60 Ohm abgeschlossen ist. Der
Abschlußwiderstand an einem oder an beiden Enden wird praktisch durch eine Zuleitung
zu einem Empfänger oder eine Stammleitung einer Gemeinschafts-Antennenanlage mit
mehreren Empfängeranschlußdosen gebildet. Die Zuleitung und die Stammleitung haben
den gleichen Wellenwiderstand und an ihren Enden den gleichen Abschfußwiderstand
wie die Sammelleitung. Der Verbraucherwiderstand am Verstärkerausgang ist gleich
dem halben Wellenwiderstand der Sammelleitung, also gleich 30 Ohm.
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In den genannten Frequenzbereichen wird im Verstärker der gleiche
Ausgangswiderstand durch die Bandfilter mit ausreichender Genauigkeit hergestellt.
Das Bandfilter jedes Verstärkers hat außerhalb des verstärkten Kanals einen Widerstand,
der um so viel größer ist als der angeschlossene Verbraucherwiderstand von 30 Ohm,
daß gegenseitige Rückwirkungen der an die Sammelleitung angeschlossenen Verstärker
in genügendem Maße vermieden sind, wenn zwischen zwei verstärkten Kanälen mindestens
ein Kanal liegt. Für die Fernsehbereiche IV/TV (470 bis 790 MHz) sind die beschriebenen
Verstärker jedoch wegen der höheren Frequenzen nicht mehr brauchbar. Der Widerstand
des Ausgangsbandfilters wächst außerhalb des verstärkten Kanals nicht rasch genug
an, weil der Reihenresonanzkreis durch den Verbraucherwiderstand zu stark gedämpft
ist und seine Blindwiderstände nicht groß genug bemessen werden können. In den Fernsehbereichen
IV/V wäre deshalb bei diesen Verstärkern ein Abstand von sechs bis acht Kanalbreiten
zwischen den verstärkten Kanälen erforderlich, wenn mehrere Verstärker für verschiedene
Kanäle an eine gemeinsame Sammelleitung der beschriebenen Art anzuschließen sind.
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Der Verbraucherwiderstand von 30 Ohm kann durch den Reihenresonanzkreis
und den anderen Bandflterkreis nicht in einen passend bemessenen Parallelwiderstand
an der Röhrenanode oder an einem Transistor transformiert werden, so daß die Röhre
oder der Transistor nicht mit bestem Wirkungsgrad arbeitet. Dadurch wird der Verstärkungsgrad
des Verstärkers kleiner. Durch die Erfindung sind die angeführten Mängel der bekannten
Anordnung beseitigt. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Anordnung der eingangs
beschriebenen Art der unmittelbar an den Verbraucher angeschaltete Blindwiderstand
des Reihenresonanzkreises wesentlich größer als der Widerstand des Verbrauchers
bemessen ist und der andere Blindwiderstand des Reihenresonanzkreises durch einen
entsprechend verstimmten Parallelresonanzkreis gebildet ist.
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Der unmittelbar an den Verbraucher angeschaltete Blindwiderstand des
Reihenresonanzkreises kann grundsätzlich eine Induktivität oder eine Kapazität sein.
Vorteilhafter ist eine Kapazität, die bei einem Hochfrequenzverstärker für je einen
Kanal oder eine Kanalgruppe der Fernsehbereiche IV/V kleiner als 1,2 pF sein muß,
damit wenigstens annähernd die bestmöglichen Eigenschaften des Verstärkers erreicht
werden.
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Dieser kleine Kondensator hat so kleine räumliche Abmessungen, daß
störende Querkapazitäten zum Verstärkerchassis leicht zu vermeiden sind.
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Für die Kapazität von 1,2 pF ergibt sich je nach dem gewählten Kanal
der Fernsehbereiche IV/V eine Induktivität des Reihenresonanzkreises zwischen 33
und 100 nH. Diese Induktivität muß dämpfungsarm
sein und eine möglichst
kleine Eigenkapazität haben. Diese Bedingungen sind leicht einzuhalten, weil die
Induktivität des verstimmten Parallelresonanzkreises in der Nähe seiner Resonanzfrequenz
stark ansteigt und die tatsächlich eingeschaltete Induktivität deshalb bei entsprechender
Abstimmung viel kleiner sein kann. Sie wird praktisch am besten durch eine kurze
koaxiale Leitung gebildet, die an einem Ende kurzgeschlossen ist (Topfkreis). Am
freien Ende ihres Innenleiters sind die Kapazitäten des Parallel- und des Reihenresonanzkreises
angeschlossen. Es ist vorteilhaft, die Kapazität des Parallelresonanzkreises wenigstens
doppelt so groß zu wählen wie die des Reihenresonanzkreises.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht
darin, daß die direkt mit dem Verbraucher verbundenen Blindwiderstände einen festen
Wert haben und daß zur Abstimmung der einzelnen Verstärker auf die verschiedenen
Frequenzbereiche oder -kanäle mindestens ein Element des Parallelresonanzkreises
veränderbar gestaltet ist.
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Als Abstimmelement kann vorteilhafterweise eine veränderbare Kapazität
(Trimmer) verwendet werden, weil. eine Seite dieser Kapazität in der erfindungsgemäßen
Anordnung an Masse liegt. Die erfindungsgemäße Anordnung eröffnet dadurch die vorteilhafte
Möglichkeit, den gleichen Verstärkeraufbau für alle Kanäle der Fernsehbereiche IV/V
zu verwenden und den Abgleich auf jeden einzelnen Kanal durch passende Einstellung
veränderbarer Induktivitäten oder Kapazitäten zu bewirken.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung wird noch an Hand
eines Ausführungsbeispiels erläutert, dessen Prinzipschaltbild in der F i g. 1 wiedergegeben
ist.
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F i g. 2 ist ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach F i g. 1.
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Von drei Verstärkern mit gleichem Aufbau sind im Schaltbild der F
i g. 1 jeweils nur der letzte Transistor T und das Bandfilter am Verstärkerausgang
gezeichnet. Gleiche Bauteile der drei Verstärker sind mit gleichen Buchstaben bezeichnet.
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Die drei Verstärker verstärken verschiedene Kanäle der Fernsehbereiche
IV/V, die mindestens eine Kanalbreite Abstand voneinander haben.
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An den Transistor T ist ein Parallelresonanzkreis angeschlossen, der
aus der veränderbaren Kapazität C1 und der Induktivität L1 besteht. In einer praktischen
Ausführungsform ist die Induktivität L1 durch ein kurzgeschlossenes koaxiales Leitungsstück
(Topfkreis) gebildet, das kürzer als ein Viertel der Betriebswellenlängen ist. Das
koaxiale Leitungsstück besteht aus einem Behälter B, der auf einer Seite offen ist,
und einem Innenleiter in der Mittelachse des Behälters, der mit dem Behälterboden
leitend verbunden ist. über eine Koppelschleife K ist ein zweiter Parallelresonanzkreis
an den ersten angekoppelt. Er besteht aus einer Induktivität L, die den gleichen
Aufbau hat wie die Induktivität L1, und einer veränderbaren Kapazität C". Als veränderbare
Kapazitäten C, und Cp werden Schraubtrimmer verwendet. An der Verbindungsstelle
der Induktivität L und der Kapazität C, ist ein Kondensator C, angeschlossen,
der mit einer Klemme KT- verbunden ist. Die Klemme KL ist zum Anschluß des Verbrauchers
bestimmt.
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In der Anordnung nach F i g. 1 sind die drei Ausgangsklemmen KL der
Verstärker durch eine Sammelleitung S verbunden, die an beiden Enden mit einem Widerstand
R abgeschlossen ist, der gleich dem Wellenwiderstand der Sammelleitung ist. Statt
der Abschlußwiderstände R wird in der Praxis meistens an beiden Enden je eine Stammleitung
einer Gemeinschafts-Antennenanlage angeschlossen, die an ihrem Ende durch einen
Widerstand von der Größe des Wellenwiderstandes der Leitung abgeschlossen ist. Der
Anschluß einer entsprechenden Zuleitung zu einem einzelnen Empfangsgerät ist selbstverständlich
ebenfalls möglich. Für den jeweils verstärkten Kanal ist der Verbraucherwiderstand,
der an den Klemmen KL der Verstärker liegt, gleich der Hälfte des Abschlußwiderstandes
R an den Enden der Sammelleitung. Da die Kapazität Ckt der Klemmen KL bei den hohen
Frequenzen der Fernsehbereiche IV/V nicht mehr vernachlässigbar klein ist, stellt
die Sammelleitung S zusammen mit den Klemmenkapazitäten einen Tiefpaß dar, dessen
Grenzfrequenz oberhalb der oberen Frequenzgrenze der FernsehbereicheIV/V liegt.
Die LeitungsstückeSl, S2, S3, S4 der Sammelleitung, die zwischen den Verstärkern
bzw. zwischen den Verstärkern und den Abschlußwiderständen liegen, bilden die Serieninduktivitäten
des Tiefpasses, und die Klemmenkapazitäten Ckl sind die Querkapazitäten. Zu diesen
Querkapazitäten liegt jeweils der Ausgangswiderstand des angeschlossenen Verstärkers
parallel.
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Für die Anordnung nach F i g. 1 ergibt sich also das Ersatzschaltbild
der F i g. 2. Es ist bereits bekannt, mehrere Verstärker in der beschriebenen Weise
an einen solchen Tiefpaß anzuschließen.
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Der Serienkondensator C, bildet mit einer Induktivität L',
die durch den aus der Induktivität L und der Kapazität Cp bestehenden Parallelresonanzkreis
gebildet wird, einen Serienresonanzkreis, dessen Resonanzfrequenz f,.s im verstärkten
Kanal liegt. Wenn die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises mit f,.p bezeichnet
wird, gilt
Wenn f,., sich nur wenig von f".p unterscheidet, ist L' sehr viel größer als L.
Die erreichbare überhöhung von L' über L ist durch die Kreisdämpfung begrenzt.
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Wenn die Induktivität L' groß ist, ergibt sich für die Serienkapazität
C" der erwünschte kleine Wert, der bei Verstärkern für einen Kanal der Fernsehbereiche
IV/V unter 1,2 pF liegt. Um störende Rückwirkungen der an eine Sammelleitung angeschlossenen
Verstärker aufeinander zu verhindern, muß der Ausgangsscheinwiderstand des Verstärkers
außerhalb des verstärkten Kanals möglichst groß sein. Er ist im wesentlichen gleich
dem kapazitiven Widerstand von C" und wird für eine gegebene Frequenz um so größer,
je kleiner CS ist. Eine für Empfangs-Antennenanlagen ausreichende Rückwirkungsfrist
wurde bei praktisch ausgeführten Verstärkern für je einen Kanal der Fernsehbereiche
IV/V mit C, = 0,75 pF erreicht, wenn zwischen den verstärkten Kanälen im Fernsehbereich
IV mindestens ein Kanal liegt und im Fernsehbereich V mindestens zwei Kanäle liegen.
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Ein solcher Verstärker kann ohne Veränderung seines Aufbaues auf jeden
beliebigen Kanal der Fernsehbereiche IV/V abgestimmt werden. Dazu brauchen nur die
Kapazitäten Cp und C1 der Parallelresonanzkreise und Kapazitäten oder Induktivitäten
von
weiteren Resonanzkreisen, die in der F i g. 1 nicht eingezeichnet sind, entsprechend
eingestellt zu werden. Durch die Erfindung wird also die vorteilhafte Möglichkeit
geboten, für alle Kanäle der Fernsehbereiche IV/V den gleichen Verstärkeraufbau
zu verwenden, der durch den einfachen Abgleich von Schraubtrimmern und eventuell
auch Induktivitäten auf jeden gewünschten Kanal abstimmbar ist. Da die Frequenzgrenzen
des Fernsehbereiches IV/V sich fast wie 1,7:1 verhalten, muß die Parallelkapazität
Cp annähernd im Verhältnis 3: 1 veränderbar sein. Das Verhältnis der Parallelkapazität
C, zur Serienkapazität C, liegt bei den praktisch ausgeführten Verstärkern für die
Fernsehbereiche IV/V ungefähr zwischen 2,5 und 7,5.
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Wenn die Kapazität C, durch eine Induktivität ersetzt wird, muß der
Parallelresonanzkreis aus L und Cp so abgeglichen werden, daß sich eine Serienresonanz
dieser Induktivität mit einer resultierenden Kapazität des Parallelresonanzkreises
ergibt, die wesentlich kleiner ist als die eingestellte Kapazität C.. Die übrigen
Erläuterungen gelten in sinngemäßer Abwandlung auch in diesem Fall.
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An die Samelleitung S der Anordnung nach F i g. 1 können auch zusätzliche
Verstärker für je einen Kanal der Fernsehbereiche I oder III in der bekannten Ausführung
mit einem einfachen Serienresonanzkreis am Ausgang angeschlossen werden.