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Empfangs anlage in der Nähe einer Störquelle Die Erfindung bezieht
sich auf eine Empfangsanlage, die mit Hilfe einer Empfangsantenne ein Nutzsignal
in Form elektromagnetischer Wellen empfängt und deren Empfangsantenne sich in der
Nähe einer oder mehrerer, Störsignale aussendender Störquellen, z.B. Sendeantennen
befindet. Das von der Empfangsantenne aufgenommene Summensignal besteht dann aus
dem Nutzsignal und den Störsignalen. Derartige Empfangsanlagen für den Nachrichtenempfang
oder für die Funknavigation findet man beispielsweise auf Schiffen. Sie sollen auch
dann empfangen, wenn der leistungsstarke Sender des Schiffes sendet. Ein anderes
Beispiel ist der Gegensprechverkehr einer größeren Nachrichtenzentrale mit mehreren,
gleichzeitig auf verschiedenen Frequenzen arbeitenden Sprechverbindungen, bei denen
gleichzeitig gesendet und empfangen werden muß.
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Ein drittes Beispiel einer Störquelle sind die Zündfunken eines Eraftfahrzeugmotors,
die hochfrequente Störfelder erzeugen und in die Empfangsantenne einstrahlen.
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Störsignale vermischen sich mit den Nutzsignalen und erscheinen am
Ausgang der Empfangs anlage neben den Nutzsignalen additiv. Sie können aber bei
hinreichender Stärke in den nichtlinearen Bestandteilen der Empfangsanlage auch
nichtlineare Effekte erzeugen, beispielsweise Summenfrequenzen, Differenzfrequenzen
und Kreuzmodulation, oder den Empfang durch Übersteuerung nichtlinearer ßauteile
des Empfängers vollständig blockieren.
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Die im Gegensprechverkehr übliche Methode, abwechselnd zu senden oder
zu empfangen, also den Sender während des Empfangens abzuschalten, ist dann nicht
anwendbar, wenn gleichzeitig verschiedene Funkdienste unabhängig voneinander in
einer Zentrale arbeiten. Es ist dann oft üblich, die Sendeantennen in eine größere
Entfernung von den Empfangsantennen zu legen. Dies bedeutet zusätzlichen Aufwand
in Form
längerer Verbindungsleitungen zur Sprechzentrale und ist
in vielen Fällen aus räumlichen Gegebenheiten nicht möglich, z.B. auf Schiffen.
Störsignale der Zündfunken im Kraftfahrzeug sind bei laufendem Motor überhaupt unvermeidbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Empfangsanlage zu schaffen, die
auch bei geringeren Abständen zwischen der Empfangsantenne und den die Störsignale
aussendenden Störquellen die unerwünschten Wirkungen der Störsignale weitgehend
beseitigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Empfangsanlage
über einen oder mehrere, zusätzliche Übertragungswege die von der oder den Störquellen
gesendeten Störsignale nochmals zugeführt werden. Hierbei ist der oder die zusätzlichen
Übertragungswege so gestaltet und so an die Empfangsanlage angeschlossen, daß diejenigen
Störsignale, die von der Empfangs anlage auf dem direkten Übertragungsweg uber die
Empfangsantenne aufgenommen.werden' am Ausgang der Empfang anlage weitgehend durch
die Wirkung des oder der betreffenden, zusätzlichen Übertragungswege unterdrückt
sind.
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Fig.l zeigt das Schema der Anordnung nach der Erfindung mit einer
Störquelle und einem zusätzlichen Übertragungsweg. Eine das Nutzsignal in Wellenform
aussendende Sendeantenne 1 sendet diese Wellen auf dem Wege 2 zur Empfangsantenne
3 der Empfangsanlage E. Die Sendeantenne 1 des Nutzsignals wird im Folgenden als
Nutzquelle bezeichnet. Die Empfangsantenne schickt ihr Ausgangssignal in den nachfolgenden
Teil 6 der Empfangsanlage. Der Ubertragungsweg des Signals über den Weg 2 und die
Antenne 3 und die Schaltung 6 wird im Folgenden als der direkte übertragungsweg
bezeichnet. Die Störquelle 4 sendet ein Störsignal in Form von -elektrischen und
/ oder magnetischen Feldern, beispielsweise als Welle, auf dem Weg 5 zur Empfangsantenne
3. Der zusätzliche Übertragungsweg besteht aus einer Sonde 7, die das Störsignal
auf dem Wege 8 aufnimmt und einem Übertragungsvierpol 9 und einer Ankopplungsvorrichtung
13, die zum Anschlußpunkt 11 der Empfangsanlage
führt. 6a ist ein
weiterer Teil der Empfan'.gsanlage1 in dem die Storsignale des direkten Ubertragungsweges
und des zusätzlichen übertragungsweges gemeinsam enthalten sind 12 ist der Ausgang
der Empfangsanlage.
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Oft empfängt die sonde 7 auf dem Wege 10 auch noch das Sutzsignal,
so daß das Nutzsignal auch über den zusätzlichen Übertragungsweg der Empfangsanlage
zugeführt wird. Wenn die Empfangsanlage so gestaltet ist, daß am Anschlußpunkt 11
das Störsignal durch Differenzbildung kompensiert wird, ist es möglich, daß hierbei
auch das Nutzsignal im Teil 6a erheblich kleiner wird3 wenn im zusätzlichen übertragungsweg
das Verhältnis von Nutzsignal etwa ebenso groß ist wie im direkten übertragungsweg.
Daher ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der oder die zusätzlichen
über tragungswege so gestaltet, daß an ihrem Ausgang das Verhält'-nis von Störsignal
zu Nutzsignal anders vorzugsweise mindestens fünfmal größer ist als in dem Summensignal1
das die Empfangsantenne direkt auf den Wegen 2 und 5 empfängt Sobald das Verhältnis
von Störsignal zu Nutzsignal im zusätzlichen übertragungsweg merklich anders ist
als im direkten Ubertr-agungsweg, ist die Möglichkeit einer weitgehend gleichzeitigen
Kompensation von Störsignal und Nutzsignal ausgeschlossen. Hierbei ist es für praktische
Anwendungen vorteilhaft1 wenn im zusätzlichen übertragungsweg das Verhältnis von
Störsignal zu Nutzsignal merklich größer ist als im direkten übertragungsweg.
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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf Störsignale,
die eine Summe sinusförmiger Störschwingungen verschiedener Frequenzen sind, wobei
jede Störschwingung durch Amplitude und ihren Phasenwinkel beschrieben werden kann.
In diesem Fall erreicht man die erstrebte Kompensation des Störsignals in der Empfangs
anlage dadurch, daß die Ansfchlu!ßstelle jedes zusätzlichen übertragungsweges an
die Empf;angsanlage so gewählt ist und die Ankopplung jedes zusätzlichen übertragungsweges
an die Empfangsanlage so gestaltet ist, daß alle Störschwingungen für jede Frequenz
sowohl auf dem direkten
Ubertragungsweg wie auf dem zusätzlichen
Ubertragungsweg an der gemeinsamen Anschlußstelle 11 beider Wege mit annähernd gleicher
Amplitude erscheinen.
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Diese Amplitudengleichheit ist die erste Voraussetzung für die Kompensation
der Störschwingungen, die dann mit an sich bekannten Methoden erfqlgen kann. Zur
Kompensation am Ort 11 ist ferner erforderlich, daß jede Störschwingung einen bestimmten,
von der Kompensationsmethode abhängigen Phasenwinkel hat. Beispielsweise erfolgt
die Kompensation zweier Schwingungen gleicher Amplitude durch Differenzbildung bei
gleichphasigen Schwingungen oder durch Addition bei Schwingungen, deren Phasenwinkel
um 7p verschieden sind.
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Wenn das Störsignal sehr stark ist, erscheint es ohne Anwendung der
Kompensation nach der Erfindung am Ausgang der Empfangsanlage nicht nur additiv'neben
dem Nutzsignal, sondern wegen der Nichtlinearität einiger Bestandteile der Empfangs
anlage verursacht das Störsignal auch nichtlineare Kombinationgsfrequenzen Kreuzmodulation
und Übersteuerung.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird daher jeder zusätzliche
Übertragungsweg an einer solchen Stelle an die Empfangsanlage angeschlossen, daß
allendsnjenigen Bestandteilen der Empfangsanlage, die ohne Kompensation der Störsignale
nach der Erfindung nichtlineare Wirkungen in unzulässigem Ausmaß zeigen würden,
nur die durch die Kompensation verminderten Störsignale zugeführt sind.
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In einer Empfangsanlage sind verstärkende, dreipolige Elemente, z.B.
Transistoren enthalten. Durch diese Verstärkung wächst die Signalstärke innerhalb
der Empfangs anlage in Richtung von der Antenne 3 zum Ausgang 12 hin an. Mit wachsender
Stärke der Störsignale wachsen die nichtlinearen Wirkungen aller Signale in den
Transistoren und Dioden der Schaltungen.
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Je nach Stärke der Störsignale muß also in einer vorteilhaften Ausbildung
der Erfindung die Lage des Anschlusses 11 so gewählt werden, daß zwischen der Stelle,
an der das Störsignal über den Weg 5 in die Empfangsanlage eintritt, und dem Anschluß
11 die Amplitude des Störsignals so klein bleibt,
daß die in diesem
Bereich der Emp£angsaniage befindlichen Transistoren und Dioden keine unzulässigen
nichtlinearen Wirkungen zeigen.
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Bei starken Störsignalen, die bei den bereits beschriebenen Anwendungsbeispielen
häufig auftreten/ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in den Teilen
3 und 6 der Empfangsanlage kein Bestandteil zugelassen, der nichtlineare Wirkungen
zeigen könnte. In der Empfangs anlage werden daher in diesem Fall zwischen der Stelle,
an der das Störsignal über den Weg 5 in die Empfangsanlage eintritt, und dem Anschluß
11 nur passive, lineare Bestandteile verwendet.
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Die folgenden Ausführungen betreffen die Ausgestaltung der zusätzlichen
übertragungswege. Die Sonde 7 empfängt auf den Wegen 8 und 10 das Störsignal und
das Nutzsignal, die beide von ihren zugehörigen Quellen als elektrische und / oder
magnetische Felder gesendet werden. Die Sonde 7 kann daher auch alle bekannten Formen
einer Fernfeld- oder Nachfeldantenne besitzen. Bei der Gestaltung und Anordnung
der Sonde ist es ein bereits erwähntes Erfordernis, daß im zusätzlichen übertragungsweg
vorzugsweise ein Summensignal entsteht, in dem das Verhältnis des Störsignals zum
Nutzsignal merklich größer ist als- in dem direkten Ubertragungsweg. Es werden 3
Beispiele einer Gestaltung und / oder Anordnung der Sonde für verschiedene Anwendungen
genannt,mit deren Hilfe man dies erreichen kann.
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Im ersten Beispiel wählt man den Abstand zwischen der Sonde 7 und
der Störquelle 4 merklich kleiner als den Abstand zwischen der Sonde 7 und der Quelle
1 des Nutzsignals. Die Stärke eines Signals wächst mit abnehmendem Abstand von der
Quelle. In der Anordnung nach der Erfindung ist der Abstand zwischen der Quelle
des Nutzsignals und der Empfangsanlage groß, während der Abstand von der Störquelle
vergleichsweise klein ist. Gleiches gilt für die entsprechenden Abstände der Sonde
7. Nähert man die Sonde der Störquelle, so wird das Störsignal schnell größer, während
sich der Abstand von der Nutzquelle relativ wenig verändert und das Nutzsignal etwa
konstant
bleibt. Durch geeigneten Abstand zwischen Sonde und Störquelle
kann man daher das gewünschte Verhältnis von Störsignal zu Nutzsignal einstellen.
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Ein zweites Beispiel ist die Verwendung einer Sonde mit Richtwirkung.
Man richtet die Sonde so aus, daß sie die Störquelle 4 besser empfängt als die Nutzquelle
1.
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Ein drittes Beispiel ist die Verwendung einer frequenzselektiven Antenne
derart, daß die Sonde das Störsignal besser empfängt als das Nutzsignal. Dieser
Fall ist nur anwendbar, wenn die Betriebsfrequenzen des Nutzsignals nennenswert
verschieden von den Frequenzen des Störsignals sind.
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Die drei genannten «maßnahmen können natürlich auch gleichzeitig verwendet
sein.
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Wenn das Störsignal Störschwingungen aus einem größeren Frequenzbereich
enthält, müssen die für die Kompensation erforderlichen Amplituden- und Phasenbedingungen
im ganzen Frequenzbereich hinreichend genau erfüllt sein. Da Übertragungswege im
allgemeinen ein frequenzabhängiges Amplituden- und Phasenverhalten zeigen, ist die
Kompensation in größeren Frequenzbereichen nur möglich, wenn der direkte Übertragungsweg
und der zusätzliche übertragungsweg annähernd gleiches Frequenzverhalten zeigen.
Um dies zu erreichen, ist es vorteilhaft, Sonden 7 zu verwenden, die etwa das gleiche
Frequenzverhalten zeigen wie die Empfangsantenne. Beispielsweise ist bei Verwendung
einer Empfangsantenne mit dem Charakter eines kurzen Dipols die Sonde mit dem gleichen
Charakter gestaltet, d.h. sie koppelt sich kapazitiv an das Feld der Störquelle
an. Wenn die Empfangsantenne den Charakter einer Leiterschleife hat, ist die Sonde
so gestaltet, daß sie induktiv an das Feld der Störquelle angekoppelt ist.
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Die nachfolgende Beschreibung betrifft die vorteilhafte Gestaltung
der Ankopplung des zusätzlichen Übertragungsweges an die Empfangsanlage an der Stelle
11.. Es ist vorteilhaft, das Zusammenschalten der beiden Übertragungswege rückwirkungsfrei
zu machen. Dies bedeutet einerseits, daß die Impedanz und
das Rauschen
des zusätz'ichen Ublttagungsweges, der im Punkt 11 zur Schaltung der Empfangsanlage
zugeschaltet ist, das Verhalten der Empfangs anlage nicht merklich beeinflussen.
Ebenso sollen die Signale des direkten Übertragungsweges an der Stelle 11 nicht
in'merklichem Umfang in den zusätzlichen Übertragungsweg übertreten, damit das Verhalten
des zusätzlichen Übertragungsweges unabhängig wird von den Vorgängen in der Empfangsanlage
E. Erfindungsgemäß wird daher der zustäzliche übertragungsweg an seinem Ausgang
lose an die Empfangs anlage angekoppelt. Diese lose Ankopplung kann in an sich bekannter
Weise in Parallelschaltung derart erfolgen, daß die Impedanz des zusätzlichen Übertragungsweges
an der Anschlußstelle 11 parallel zu der dort vorhandenen Impedanz der Empfangs
anlage liegt. Die bevorzugte technische Ausführungsform ist eine Ankopplung über
eine Serienkapazität. 13 in Fig.l. Die Ankopplung des zusätzlichen Übertragungsweges
kann wie beispielsweise in Fig.2 transformatorisch derart erfolgen, daß der Ausgang
des zusätzlichen Übertragungsweges eine Spule 14 besitzt, die als Primärspule eines
Transformators an eine in der Empfangs anlage vorhandene Spule 15 gekoppelt ist.
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Eine weitere vorteilhafte Form der rückwirkungsfreien Ankopplung des
zusätzlichen Uhertragungsweges an den Empfänger ist durch einen Transistor gegeben,
dessen Steueranschluß vom zusätzlichen Übertragungsweg gespeist ist und dessen Ausgang
an den Punkt 11 angeschlossen ist. Ein solcher Transistor, vorzugsweise ein Feldeffekttransistor,
entkoppelt den Empfänger vom zusätzlichen Übertragungsweg durch sein nichtreziprokes
Verhalten bei gleichzeitiger Verstärkung des kompensierenden Störsignals. Er liefert
ferner weitgehend frequenzunabhängig eine Phasendrehung JCA die bei vielen Kompensationsvorgängen
vorteilhaft verwendet werden kann.
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Die Empfangsanlage E der Fig.l kann aus einer passiven Antenne 3 und
einem Kabel 6 bestehen, das zu einem Empfänger 6a führt, und erfüllt dann die Bedingung,
daß auf dem direkten übertragungsweg nur passive Bestandteile vorhanden sind.Wenn
die Frequenz des Nutzsignals und die Frequenz des Störsignals verschieden sind und
der Empfänger einenselektiven
Eingangskreis besitzt, kann die Eingangsselektion
des Empfängerßs ausreichen, um das Störsignal vom Eingangstransistor des Empfängers
fernzuhalten. Die Erfindung hat daher besondere Bedeutung in denjenigen Fällen,
in denen der Eingangstransistor des Empfängers nicht durch selektive, abstimmbare
Vorkreise gegen das Störsignal geschützt werden kann.
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Ein Beispiel hierfür sind die breitbandigen, aktiven Antennen allgemeinster
ARt, wie sie in dem Aufsatz von H.Meinke, Zur Definition einer aktiven Antenne,
Nachrichtentechnische Zeitschrift, Band 23 (1970), S.18o-181 definiert sind. Da
Antennen durchweg in einigem Abstand vom Empfänger aufgestellt und schwer zugänglich
sind, ist es im allgemeinen zu aufwendig, abstimmbare Schaltungen einzubauen. Falls
dann die Störsignale so stark sind, daß der Eingangstransistor der aktiven Antenne
nichtlineare Wirkungen in unzulässigem Ausmaß zeigt und daher auf dem direkten übertragungsweg
bis zur Anschlußstelle 11 nur passive, lineare Bestandteile zugelassen sind, ist
dann in Fig.l die Antenne 3 nur der passive, die Strahlung aufnehmende Teil der
aktiven Antenne.
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Der Teil 6 der Empfangsanlage existiert dann nicht und die verstärkende
Schaltung der aktiven Antenne ist Bestandteil des Teils 6a der Empfangs anlage.
Der zusätzliche Übertragungsweg ist dann an den passiven Teil der aktiven Antenne
angekoppelt.
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Die folgenden Teile der Beschreibung beziehen sich auf die vorteilhafte
Gestaltung des Teiles 9 des zusätzlichen über tragungsweges, und zwar zunächst auf
den Anwendungsfall, daß nur eine einfrequente Störquelle vorhanden ist und die Frequenz
dieser Störquelle wechselt. Ferner wird vorausgesetzt, daß der zusätzliche übertragungsweg
ein frequenzabhängiges Verhalten zeigt. Die Kompensation des Störsignals gelingt
aber nur dann, wenn am Ausgang des zusätzlichen über tragungsweges bestimmte Amplituden-
und Phasenbedingungen vorhanden sind. d.h. das komplexe Übertragungsmaß des zusätzlichen
übertragungsweges einen vorgeschriebenen Realteil und einen vorgeschriebenen Imaginärteil
besitzt. Da
Übertragungswege im allgemeinen frequenzabhängiges
Verhalten zeigen, muß bei Wechsel der Frequenz der Störquelle auch das Ubertragungsmaß
des zusätzlichen Übertragungsweges geändert werden, im allgemeinen im Realteil und
im Imaginärteil. In einem solchen Anwendungsfall enthält daher der zusätzliche Übertragungsweg
eine einstellbare Anordnung zur Änderung der Amplitude und eine einstellbare Anordnung
zur Änderung der Phase des Störsignals. In Fig.2 enthält der Übertragungsvierpol
9 eine Einrichtung 9a zur Beeinflussung der Amplitude, im Folgenden Amplitudenstellglied
genannt,
und eine Einrichtung 9b zur Beeinflussung dem Folgenden Phasenstellglied genannt.
Beide Stellglieder werden nach jedem Frequenzwechsel so eingestellt, daß das Störsignal
im Teil 6a der Empfangs anlage einen kleinstmöglichen Wert hat. Diese Einstellung
kann in vorteilhafter Weise dadurch erfolgen, daß der Teil 6a ein Anzeigeorgan enthält,
das die Stärke des im Teil 6a vorhandenen Störsignals anzeigt. Diese Anzeige kann
beispielsweise dazu dienen, die Einstellung des Amplitudenstellgliedes 9a und des
Phasenstellgliedes 9b durch das Bedienungspersonal vornehmen zu lassen. Diese Einstellung
kann aber auch durch eine automatische Regelung erfolgen.
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Dieses Anzeigeorgan hat eine vorteilhafte Form und ermöglicht eine
besonders einfache Anzeige, wenn sie durch Erzeugung eines Gleichstroms die Stärke
des Störsignals nach der Kompensation im Teil 6a angibt. Ein solcher Gleichstrom
ist auch geeignet, eine automatische Regelung der Anordnungen 9a und 9b bei Frequenzwechsel
des Störsignals durchzuführen.
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Man verwendet als Anzeigeorgan vorteilhaft einen Mischer 16, der in
Fig.2 schematisch gezeichnet ist. Diesem Mischer führt man das Störsignal einmal
aus dem Teil 6a der Empfangsanlage zu und ebenfalls aus dem zusätzlichen Übertragungsweg.
Da die Störfrequenz in diesen beiden Zuleitungen zum Mischer gleich ist, entsteht
durch das Störsignal im Mischer in bekannter Weise ein Gleichstrom, der die Amplitude
der Störfrequenz im Teil 6a anzeigt. Mit Hilfe dieses Gleichstroms kann beispielsweise
das Bedienungspersonal durch Verändern
der beiden Stellglieder
eine möglichst kleine Amplitude des Störsignals im Teil 6a des Empfängers einstellen.
Der Gleichstrom kann aber auch in an sich bekannter Weise Stellmotoren antreiben,
die die Anordnungen 9a und 9b einstellen.
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Es ist bekannt, daß man mit einem einzigen Gleichstrom zwei Stellglieder
automatisch auf ein Anzeigeminimum einstellen kann, wenn die Zeitkonstanten der
beiden Einstellvorgänge wesentlich verschieden sind. Vgl. beispielsweise die Offenlegungsschrift
1766 720, Az.: P 1766 720.8-35, in der auf Seite 8 der Beschreibung die Regelung
zweier Varaktordioden mit nur einem Meßorgan mit Hilfe eines langsamen und eines
schnellen Regelvorgangs beschrieben ist.
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Da die Sonde 7 in vielen Fällen einen gewissen Abstand vom Empfänger
hat, enthält der zusätzliche Übertragungsweg oftmals Leitungen, um diesen Abstand
zu überbrücken. Um die Änderungen der Amplitude und der Phase, die durch diese Leitung
entsteht, in besonders einfache Form zu bringen, ist diese Leitung mit ihrem Wellenwiderstand
abgeschlossen. Da wegen der losen Ankopplung des zusätzlichen übertragungsweges
an die Empfangs anlage durch diese Ankopplung keine den zusätzlichen Übertragungsweg
belastenden Wirkkomponenten entstehen, muß am Ausgang der Leitung des zusätzlichen
Übertragungsweges die Wellenwiderstandsanpassung durch einen oder mehrere zusätzlich
angeschaltete Wirkwiderstände hergestellt sein.
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Wegen der losen Ankopplung muß der zusätzliche Ubertragungsweg der
Ankoppelvorrichtung entweder relativ große Spannungen oder relativ große Ströme,
jedoch nur relativ kleine Leistungen zuführen. Relativ große Spannungen benötigt
man im Fall der kapazitiven Ankopplung (13) in Fig.l und relativ große Ströme bei
transformatorischer Ankopplung (14) in Fig.2.
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Es ist daher vorteilhaft, die von der Leitung des zusätzlichen Übertragungsweges
bei Wellenwiderstandsanpassung abgegebene Ausgangsspannung am Leitungsende mit Hilfe
eines
Ubertragers zu transformieren,
daß je nach Kopplungsart größere Spannungen oder größere Ströme entstehen. In einer
vorteilhaften Ausbildung der Erfindung liegt daher am Ausgang der Leitung ein Ubertrager
und am Ausgang des Ubertragers ein Wirkwiderstand, der je nach Kopplungsart größer
bzw. kleiner als der Wellenwiderstand der Leitung ist, so daß bei der Transformation
im übertrager die Spannung größer bzw. kleiner wird. In Fig.3 ist 11 der Anschlußpunkt
des Empfängers und 13 die Koppelkapazität wie in Fig.l, 17 der zusätzliche Wirkwiderstand,
der in diesem Beispiel größer als der Wellenwiderstand der Leitung 18 ist. Der Übertrager
19 transformiert daher in diesem Beispiel die Spannung des Leitungsausganas zu höheren
Werten hin. Der Wirkwiderstand 17 und der Übertrager 19 sind so gestaltet, daß am
Ausgang der Leitung 18 Wellenwiderstandsanpassung besteht.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft die vorteilhafte
Ausgestaltung des Phasenstellgliedes. Das Phasenstellglied soll einen großen Variationsbereich
der Phase besitzen und den geforderten Frequenzbereich überdecken. Bei Vorhandensein
längerer Leitungen 18 im zusätzlichen Übertragungsweg muß man eine Phasenvariation
von 360° fordern, um alle Anwendungsfälle überdecken zu können. Es sind im Prinzip
hierfür Schaltungen mit einstellbaren Blindwiderständen bekannt, jedoch ist der
Aufwand groß und die Einstellung schwierig, weil für größere Phasenvariation mehrere
Blindwiderstände gleichzeitig verändert werden müssen, andererseits Einknopfbedienung
zu fordern ist.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird daher als Phasenstellglied
ein Goniometer verwendet. Das Goniometer besteht aus zwei nicht veränderbaren Spulen
25 und 26, die senkrecht zueinander stehen und so ausgebildet sind, daß sich ihre
magnetischen Felder überkreuzen. Das Störsignal erzeugt im Überkreuzungsbereich
der Felder in an sich bekannter Weise ein Drehfeld dadurch, daß den beiden Spulen
das Störsignal in gleicher Amplitude und mit einer Phasendifferenz n etc/2
zugeführt
wird. Im Drehfeld befindet sich eine dritte Spule 27, die mechanisch drehbar gegenüber
den beiden erstgenannten Spulen angeordnet ist. Durch Drehen der dritten Spule ändert
sich in an sich bekannter Weise die Ausgangs spannung dieser Spule in ihrer Phase
etwa wie der mechanische Drehwinkel. Dieser Vorgang ist weitgehend unabhängig von
der Frequenz.
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Zur Speisung des Goniometers benötigt man im zusätzlichen Übertragungsweg
eine Schaltung, die die beiden amplitudengleichen und in der Phase umTt/2 verschiedenen
Spulenströme herstellt. Da die Kompensation nach der Erfindung auch ein Amplitudenstellglied
benötigt, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die genannte
Schaltung so gestaltet, daß sie gleichzeitig das Amplitudenstellglied in solcher
Form enthält, daß am Ausgang der dritten Spule die durch das Amplitudenstellglied
in der Amplitude eingestellte Spannung erscheint.
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Fig.4 zeigt ein Beispiel einer hierfür geeigneten Schaltung.
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Direkt oder über eine Zuleitung ist die Sonde 7 an eine Schaltung
angeschlossen, die aus der Parallelschaltung zweier Impedanzen besteht. Die erste
Impedanz ist die Serienschaltung eines einstellbaren Kondensators 20 und eines Widerstandes
22, dessen Widerstandswert klein gegenüber dem Blindwiderstand des Kondensators
20 bei der Störfrequenz ist. Die zweite Impedanz ist die Serienschaltung eines einstellbaren
Widerstandes 21 und eines Widerstandes 23, dessen Widerstandswert klein gegenüber
dem Widerstand 21 ist und dessen Widerstandswert vorzugsweise gleich dem des Widerstandes
22 ist.
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Die an den Widerständen 22 und 23 bestehenden Spannungen U1 und U2
besitzen eine Phasendifferenz T/2 , wenn diese Widerstände hinreichend klein sind.
Die Endpunkte der beiden Widerstände sind an die jeweils zugehörige Spule (25 oder
26) des Goniometers angeschlossen. Mit Hilfe eines Anzeigeorgans 24, das die Spannungen
U1 und U2 hinsichtlich ihrer Amplitude vergleicht, beispielsweise ihre Differenz
mißt, wird zunächst der Wert der Kapazität 20 so eingestellt, daß die
Amplituden
U1 und U2 hinreichend genau gleich sind. Diese Einstellung kann automatisch erfolgen.
Dann ist der einstellbare Widerstand 21 das Amplitudenstellglied, das die Amplituden
U1 = U2 auf den für die Kompensation erforderlichen Wert einstellt, wobei bei jeder
Einstellung dieses Widerstandes 21 und bei Frequenzwechsel durch Variation des Kondensators
stets die Gleichheit U1 = U2 der Amplituden hergestellt ist.
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Eine Einstellung der Kompensation nach der vorher beschriebenen Methode
ist nicht möglich, wenn das Störsignal ein breites Frequenzspektrum besitzt und
eine Frequenzselektion auf dem direkten Ubertragungsweg nicht vorhanden ist. Dann
muß der zusätzliche Übertragungsweg gleichzeitig das gesamte Spektrum des Störsignals
übertragen und der Empfangs anlage an der Anschlußstelle 11 jede auftretende Störfrequenz
mit einer für die Kompensation geeigneten Amplitude und Phase zuführen. Dies bedeutet,
daß der zusätzliche Übertragungsweg im gesamten Bereich der Störfrequenzen ein durch
die Empfangs anlage vorgeschriebenes, frequenz abhängiges über tragungsmaß besitzen
muß. Einen hierfür geeigneten Vierpol 9 zu entwerfen, ist eine Aufgabe der Theorie
linearer Netzwerke und beinhaltet einen mit wachsender Bandbreite schnell wachsenden
Schaltungsaufwand.
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Es gibt jedoch einfache Fälle mit geringem Aufwand, wenn nämlich die
empfangenen Nutzfrequenzen und Störfrequenzen relativ niedrig sind. Die Phasenlaufzeit
von der Störquelle 4 über den direkten Übertragungsweg 5, 3, 6 zum Punkt 11 und
die Phasenlaufzeit über den zusätzlichen bertragungsweg 8, 7, 9 zum Punkt 11 sind
im allgemeinen verschieden. Die Phasenlaufzeiten setzen sich in einem Betriebsfrequenzbereich
jeweils zusammen aus einer mittleren Phasenlaufzeit und einem frequenzabhängigen
Bestandteil. Eine Differenz der mittleren Phasen-laufzeiten beider Wege ist mit
bekannten Mitteln auszugleichen, z.B. durch angepaßte Leitungen bestimmter Länge
und / oder die Phasendrehung Xh im Transistoren.
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Daher sind nur die frequenzabhängigen Komponenten der Phasenlaufzeiten
ein
Problem für die Durchführung der Kompensation. Ein durch Phasenlaufzeit entstehnder
Phasenwinkel ist umgekehrt proportional zur Frequenz, also umso kleiner, je niedriger
die Frequenz ist. Bei hinreichend niedriger Frequenz sind daher die frequenzabhängigen
Komponenten der Phasenwinkel beider Wege praktisch unwirksam, so daß auch bei einem
breiten Spektrum der Störfrequenzen nur die Unterschiede der mittleren Phasenlaufzeiten
auszugleichen sind, um eine weitgehend frequenzunabhängige Kompensation zu erreichen.
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Da auch die Ankoppelvorrichtung des zusätzlichen übertragungsweges
an die Empfanrrsanlage eine Phasendrehung hervorruft, kann man durch geeignete Ausaestaltung
dieser Ankoppelvorrichtung die frequenz abhängigen Unterschiede der beiden Übertragungswege
vermindern und so die Kompensation in großen Frequenzbereichen verbessern.
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Eine besonders erfolgreiche Kompensation in großen Frequenzbereichen
ist bei niedrigeren Frequenzen dadurch zu erreichen, daß man einen kurzen Dipol
oder Monopol als Antenne verwendet. In Fig.5 wirkt diese Antenne als eine Spannungsquelle
29, deren Innenwiderstand eine Kapazität 30 ist. Diese Quelle ist durch eine Impedanz
31 belastet, die den Eingang des Empfängers darstellt. Schließt man den zusätzlichen
über tragungsweg direkt an den Fußpunkt der Antenne an und koppelt über eine Serienkapazität
13 wie in Fig.l, so kompensiert man mit Hilfe einer Spannungsquelle 32, die durch
den zusätzlichen Übertragungsweg erzeugt ist. Wenn die Quelle 32 das gleiche frequenzabhängige
Verhalten hinsichtlich Amplitude und Phase hat wie die Quelle 29 und zwischen beiden
Quellen bei allen Frequenzen eine Phasendifferenz 75 besteht, so kann unter den
schon früher genannten Amplitudenbedingungenan der Lastimpedanz 31 frequenzunabhängig
die Kompensation eintreten also keine merkliche Spannung des Störsignals bei allen
Störfrequenzen. In Fig.6 ist gezeigt, wie ein Feldeffekttransistor 32 die für die
Kompensation erforderliche Vorzeichenumkehr hervorruit. Die Sonde 7 ist in diesem
Fall eine Kapazität
die an die Störquelle 4 angekoppelt ist. Da
die Störsignale der Quelle 29 ebenfalls aus der Störquelle 4 stammen, zeigt die
Schaltung der Fig.6 die Möglichkeit einer weitgehend frequenzunabhängigen Kompensation,
wenn der Eingang und der Ausgang des Transistors 32 im Betriebsfrequenzberech nahezu
wie reine Kapazitätem wirken. Berücksichtigt man, daß reale Schaltungen solcher
Art im allgemeinen auch Zuleitungsinduktivitäten und Leitungsstücke enthalten, so
ist das Verhalten der realen Schaltung nicht völlig frequenzunabhängig, aber bei
hinreichend niedrigen Frequenzen mit großer Bandbreite herstellbar.
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Fig.7 zeigt ein weiteres, weitgehend frequenzunabhängiges Kompensationsprinzip
für niedrigere Frequenzen mit den gleichen Elementen wie in Fig.6. Hierbei ist der
Feldeffekttransistor 32 der an die Antenne angeschlossene Eingangstransistor einer
aktiven Antenne oder eines Antennenverstärkers, der gleichzeitig zur Erzeugung der
Vorzeichenumkehr dient. An den Ausgang des Transistors ist über den Koppelkondensator
13 die Sonde 7 mit der Störquelle 4 angeschlossen. Die Frequenzunabhängigkeit der
Kompensation in den Schaltungen der Fig.6 und 7 tritt dann ein, wenn der Eingang
und der Ausgang des Transistors 32 im Betriebsfrequenzbereich nahezu wie reine Kapazitäten
wirken, also vorzugsweise bei Verwendung eines Feldeffekttransistors.
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Im Folgenden werden vorteilhafte Ankopplungen beschrieben, die den
zusätzlichen Ubertragungsweg an die Empfangs anlage ankoppeln und einen gegengekoppelten
Transistor enthalten. Da die Ankopplung des zusätzlichen übertragungsweges lose
erfolgen soll, benötigt man hierzu hohe Spannungen oder hohe Ströme am Ausgang des
zusätzlichen Übertragungsweges. Es ist vorteilhaft, diese Spannungen oder Ströme
am Ausgang des Übertragungsweges mit Hilfe eines verstärkenden Transistors herzustellen,
weil dann der zusätzliche Übertragungsweg und seine Sonde im Bereich vor dem Transistor
mit kleineren Spannungen oder Strömen arbeiten kann. Dieser Transistor benötigt
eine Gegenkopplung, um seine nichtlinearenWirkungen klein zu halten. Die folgenden-Beispiele
betreffen den Fall der Ankopplung mit Hilfe eines
Kondensators
13 wie in Fig.1.
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Im Beispiel der Fig.8 ist der Transistor 33 in Basisschaltung geschaltet.
Die Leitung 18 ist mit der Serienschaltung eines Widerstandes 34 und der Basis-Emitterstrecke
des Transistors 33 abgeschlossen. Der Widerstand 34 ist annähernd gleich dem Wellenwiderstand
der Leitung 18, und die Leitung daher annähernd mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen.
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Die Eingangsimpedanz der Basis-Emitterstrecke ist relativ klein im
Vergleich zum Wellenwiderstand der Leitung und daher wird die Abschlußimpedanz der
Leitung im wesentlichen durch den Widerstand 34 gebildet. Der Gegcnkopplungswiderstand
des Transistors 33 ist die Serienschaltung des Widerstandes 34 und der Impedanz,
die am Ausgang der Leitung 18 erscheint. Der Widerstand 34 hat also in diesem Beispiel
zwei verschiedene Funktionen. Am Kollektor des Transistors 33 liegt die Koppelkapazität
13 und eine Impedanz Z, über die der Kollektorsleichstrom dem Transistor zugeführt
ist.
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Eine wegen ihrer Einfachheit bevorzugte Form der Schaltung der Fig.8
oder 9 liegt dann vor, wenn die Impedanz Z wesentlich größer ist als der Blindwiderstand
der Koppelkapazität 13. Dann ist der Wechelstrom durch Z so klein, daß der Kollektorwechselstrom
des Transistors 33 fast ganz durch die Koppelkapazität 43 fließt und dieser kompensierende
Ausgangsstrom des zusätzlichen übertragungsweges nahezu gleich dem von der Leitung
18 gelieferten Strom durch den Widerstand 34 bzw. 35 ist. Die Frequenzabhängigkeit
des Stromes durch die Koppelkapazität 13 ist dann gleich der Frequenzabhängigkeit
des Ausgangsstroms der Leitung 18.
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Man kann mit Hilfe der Impedanz Z auch andere Frequenzabhängigkeiten
erzeugen, wenn Z kleinere Werte besitzt. Der Kollektorwechselstrom des Transistors
33 teilt sich dadurch in zwei Teile. Der eine Teil wird über die Kapazität i3 zur
Empfangsanlage geführt und erzeugt die Kompensation; der zweite Teil fließt über
Z und kann daher durch Wahl des Z in seiner Größe und seiner Frequenzabhängigkeit
eingestellt werden. Beispielsweise
läßt sich durch Wahl des Z
erreichen, daß bei einer Kompensation von Frequenzbändern in frequenz-abhängigen
Empfangsanlagen und frequenzabhängigen, zusätzlichen über tragungswegen die Kompensation
für zwei oder mehrere Einzelfrequenzen erfolgt, während meistens die Kompensation
nur für eine einzige Frequenz erfolgt. Die Frequenzen, bei denen die Kompensation
erfolgt, werden als Kompensationsfrequenzen bezeichnet. Erfahrungsgemäß kann bei
geeigneter Wahl der Kompensationsfrequenzen erreicht werden, daß auch die Frequenzbereiche
zwischen den Kompensationsfrequenzen eine ausreichend gute Kompensation ergeben.
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Wenn beispielsweise die Impedanz Z ein frequenzunabhängiger Wirkwiderstand
ist, ergibt dies einen kompensierenden Strom durch die Kapazität 13, der mit wachsender
Frequenz wegen des abnehmenden Blindwiderstandes der Koppelkapazität 13 zunimmt.
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Die Schaltung der Fig.8 kann ergänzt werden durch einen Transformator
19 wie in Fig.3, der mit einem Widerstand 35 belastet ist, der größer als der Wellenwiderstand
der Leitung 18 ist.
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Dies ist in Fig.9 gezeichnet. Unter der Voraussetzung, daß der Basis-Emitterwiderstand
des Transistors 33 klein ist, wird der Widerstand 35 durch den Transformator 19
so transformiert, daß die Leitung 18 mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist.
Im Vergleich zur Schaltung der Fig.8 ergibt der größere Widerstand 35 eine größere
Gegenkopplung des Transistors 33.
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Nicht für jede qeforderte Frequenzabhängigkeit des kompensierenden
Stromes, die mit Hilfe eines Transistors 33 und einer Impedanz Z herbeigeführt wird,
ist die Schaltung der Fig,8 die optimale Lösung. Gewisse Frequenzabhängigkeiten
lassen sich vorteilhaft mit Hilfe der Schaltung der Fig.lo erzielen, bei der der
Transistor 33 in Emitterschaltung verwendet wird. 38 ist ein Wirkwiderstand, der
direkt oder über einen übertrager 19 den Abschlußwiderstand der Leitung 18 darstellt.
Die am Widerstand 38 entstehende Spannung wird cter Basis-Emitterstrecke des Transistors
33 als Steuerspannung zugeführt. Falls erforderlich, liegt in der Emitterzuleitung
ein
Gegenkopnlungswiderstand 37 zum Zwecke der Linearisierung des Transistors 33. Wählt
man Z in geeigneter Weise, so kann man eine bestimmte Frequenzabhängigkeit des kompensierenden
Stromes durch den Koppelkondensator 13 erzielen.
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Ein bevorzugter Anwendungsfall der Schaltung der Fig.10 besteht darin,
daß die Impedanz Z wesentlich kleiner gewählt ist als der Blindwiderstand der Koppelkapazität
13. Dann entsteht an Z eine Spannung, die der am Widerstand 36 bestehenden Spannung
proportional ist. Demzufolge ist die Frequenzabhängigkeit des durch die Koppelkapazität
13 fließenden Stromes gegeben durch das Produkt der- Frequenzabhängigkeit der am
Widerstand 38 bestehenden Spannung und des Blindwiderstandes der Noppelkapazitat
13.
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Alles was im Vorhergehenden für das Beispiel der Noppelkapazität 13
beschrieben ist, kann bei entsprechend geänderter Frequenzabhängigkeit auch in Kombination
mit der Koppelspule 14 des zusätzlichen Ubertragunasstzeaes betrieben werden.