BROADBAND EMITTER FOR ELECTROMAGNETIC SHORT WAVES

Abstract: 1. Transmitter, especially short-wave transmitter, which can be tuned in a wide frequency band and having a push-pull final amplifier, preferably transistor amplifier, and a filter arrangement provided between the final amplifier output and the transmitter output, the subfilters (TP1...TPn) of which filter arrangement, which are associated with certain component frequency ranges of the transmitter working frequency and serve to suppress undesired harmonics of the transmitter working frequencies, can be switched into the signal path alternatively on the input side and output side via electrically controllable switches (S11, 512...) depending on the transmitter working frequency, characterized in that the subfilters (TP1...TPn) are dimensioned solely for a sufficiently large stop band attenuation of the harmonics n . fo of the transmitter working frequency to which are even multiples (n = 2,4...) hereof, and in that the required stop band attenuation for harmonics n . fo that are odd multiples (n = 3,5, ...) of the transmitter working frequency fo is produced by additional switching into which, the signal path of at least one further subfilter, in this case, related to the component frequency range determined by the transmitter working frequency fo, is associated with the component frequency range adjoining this component frequency range in the direction of increasing frequencies.

Description: Breitbandiger Sender für'kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht sich auf einen, in einem breiten Frequenzband durchstimmbaren Sender, insbesondere Kurzwellensender, mit einem im Gegentakt arbeitenden Endverstärker, vorzugsweise Transistorverstärker und einer zwischen dem Endverstärkerausgang und dem Senderausgang vorgesehenen Filteranordnung, deren Teilfilter, die bestimmten Teilfrequenzbereichen der Senderarbeitsfrequenz zugeordnet sind und der Unterdrückung unerwünschter Oberwellen der Senderarbeitsfrequenzen dienen, alternativ in Abhängigkeit dnr Senderarbeitsfrequenz ein- und ausgangsseitig über elektrisch steuerbare Schalter in den Signalweg ein schitbar sind. Derartige Sendereinrichtungen sind beispielsweise in der Literaturstelle "Electronic Components and Applications", Vol. 3, No. 4, August 1981, Seiten 210 bis 223 bekannt. Im Kurzwellenbereich zwischen 1,5 und 30MHz haben sich dabei bis zu Leistungen von 1KW breitbandige Transistorverstärker als Senderendverstärker weitgehend durchgesetzt. Da derartige -Transistorverstärker die üblichen Anforderungen an die Linearität nicht voll erfüllen können, müssen verstärkerausgangsseitig Massnahmen vorgesehen werden, um unerwünschte Oberwellen zu unterdrücken. Besonders kritisch ist dabei die zweite Oberwelle der Grundschwingung, die durch die im Transistorverstärker in der Regel vorgesehene Gegentaktschaltung nicht ausreichend genug unterdrückt wird. Die erwähnte Filteranordnung zwischen dem Ausgang des Endverstärkers und dem Ausgang des Senders für die Oberwellenunterdrückung ist ausserordentlich teuer und aufwendig, da sie für die volle Sendeleistung ausgelegt werden muss. Die Filteranordnung besteht dabeivaus einer Anzahl von Suboktavfiltern, die aus Anpassungsgründen alternativ in den Signalweg in Abhängigkeit der Senderarbeitsfrequenz eingefügt werden müssen. Für den Kurzwellenbereich von 1,5 bos 30MHz beispielsweise, sind mindestens acht Teilfilter erforderlich, die aus Impedanzgründen jeweils am Eingang und am Ausgang mit einem eigenen Relais umgeschaltet werden müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine bei einem solchen Sender erforderliche Filteranordnung eine weitere Lösung anzugeben, die bei vorgegebenem Gesamtfrequenzbereich für die Senderarbeitsfrequenz und den hierbei zu fordernden Sperrdämpfungen für die Oberwellen, bezogen auf bekannte Filteranordnungen, mit einem wesentlich geringeren fertigungstechnischen Aufwand auskommt. Diese Aufgabe wird,ausgehend von einem Sender der einleitend beschriebenen Art gemäss der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Anforderungen an die Sperrdämpfung eines Teilfilters nicht auf die für die zweite Oberwelle zu fordernde Dämpfung abgestellt sein muss, weil für die Dämpfung der zweiten Oberwelle auch das im Frequenzbereich nächstfolgende Teilfilter zusätzlich mit herangezogen werden kann. Da die erste Oberwelle der Senderarbeitsfrequenz durch die Gegentaktschaltung der Senderendstufe bereits sehr klein ist, genügt für diese Oberwelle bereits eine Dämpfung in der Grössenordnung von 20dB. Dies ermöglicht gegenüber einem Teilfilter, das die zweite Oberwelle bereits mit wenig stens 40dB dämpfen soll, eine Einsparung von Spulen und Kondensatoren. Wegen der geringeren Sperariorderung für ein Teilfilter lässt sich auch unter sonst gleichen Bedingungen der Sperrbereich jedes Teilfilters dichter an den jeweiligen Durchlassbereich heranschieben. Die Unterteilung des Gesamtfrequenzbereiches der Senderarbeitsfrequenz kann dadurch in grössere Teilfrequenzbereiche unterteilt werden, wodurch. gegebenenfalls gegenüber bisherigen Sendern die Einsparung eines Teilfrequenzbereiches und damit eines Teilfilters erreicht wird. Da die Übersprechdämpfung der Schalter, die die Teilfilter in den Signalweg einschalten, nur gross gegen die Filterdämpfung im Sperrbereich sein muss und hier die Sperrdämpfung eines Teilfilters relativ niedrig ist, ist es in ausserordentlich vorteilhafter Weise möglich, die ein- und ausgangsseitigen Umschaltkontakte für ein solches Teilfilter einem einzigen Relais zuzuordnen, wodurch pro Filterbereich ein Relais eingespart werden kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüche 2 bis 4 angegeben. Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläu tert werden. In der Zeichnung bedeuten Fig. 1 eine bekannte Filteranordnung für den Kurzwellenbereich zwischen 1,5 und 30MHz, Fig. 2 ein bekanntes Teilfilter in Form eines Suboktav Tiefpassfilters, Fig. 3 ein bekanntes Teilfilter in Form einer TiefpaB- Hochpassweiche, Fig. 4 ein der Fig. 2 entsprechendes Teilfilter nach der Erfindung, Fig. 5 eine erste Ausführungsform einer Filteranordnung nach der Erfindung, Fig. 6 eine zweite Ausführungsform einer Filteranordnung nach der Erfindung, Fig. 7 eine das Schaltschema der Filteranordnung nach den Fig. 5 und 6 für die einzelnen Teilfrequenzbereiche erläuternde Tabelle und Fig. 8 eine dritte Ausführungsform einer Filteranordnung nach der Erfindung. Um die Ersparnis des Aufwands durch das erfindungsgemässe Filterkonzept bei einem Sender zu verdeutlichen, ist zunächst in Fig. 1 eine bekannte Filteranordnung FA für einen Kurzwellensender im Frequenzbereich 1,5 bis 30MHz angegeben. Die weiteren Figuren, einschliesslich der erfindungsgemässen Ausführungsbeispiele sind auf eine solche Filteranordnung für einen Kurzwellensender abgestellt. Es ist jedoch festzustellen, dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, sondern'in gleicher Weise auch für Senderanordnungen, die in einem niedrigeren oder in einem höheren Frequenzbereich arbeiten, in gleicher Weise Bedeutung hat. Die bekannte Filteranordnung FA nach Fig. 1 weist acht Teilfilter TP1, TP2...TP8 auf. Sie sind als Kauerparametertiefpässe mit drei Polen ausgeführt, und bestehen jeweils, wie das Tiefpassfilter in Fig. 2 zeigt, zwischen Eingang e und Ausgang a aus drei Induktivitäten L1, L2 und L3 und sieben Kondensatoren Ci...C7. Die Grenzfrequenzen fg dieser Teilfilter, wie auch die Teilfrequenzbereiche, denen die Teilfilter zugeordnet sind, sind in Fig. 1 ebenfalls angegeben. Anstelle des für den.höchsten Teilfrequenzbereich von 21 bis 30MHz ausgelegten Teilfilters TP8 kann ein Ausserbandfilter AW vorgesehen sein, das aus einer Tief pass-HochpaRkombination besteht und in Fig. 3 ebenfalls dargestellt ist. Es besteht, wie Fig. 3 zeigt, aus fünf Induktivitäten L1, L2, L3, L7 und L8 und acht Kondensatoren C1... C8. Der Hochpassausgan,g ist dabei mit einem Lastwiderstand R abgeschlossen. Das Ausserbandfilter AW ist ständig in den Signalweg eingeschaltet. Der Lastwiderstand R am Ausgang des Hochpasses bewirkt, dass die Oberwellen im Frequenzbereich ab 14MHz, nicht zur Senderendstufe hin zurückreflektiert werden, sondern im Lastwiderstand R in Verlustleistung umgesetzt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass die in die Endstufe zurückreflektierten Oberwellen gerade im oberen Frequenzbereich das eigentliche Nutzsignal je nach Phasenlage ungünstig beeinflussen. Wie Fig. 1 weiterhin zeigt, werden die Teilfilter TP1... TP8 ein- und ausgangsseitig durch elektrisch gesteuerte Schalter S11, S21,...S81 bzw. S12, S22,...S82 alternativ in Abhängigkeit der Senderarbeitsfrequenz fo in den Signalweg zwischen dem Eingang eO und dem Ausgang aO der Filteranordnung FA eingeschaltet. Wie bereits schon erwähnt wurde, erfordert hier die Ubersprechdämpfung wegen der relativ hohen Sperrdämpfung der Teilfilter für die zweite Oberwelle in der Grössenordnung von 40dB, dass die ein- und ausgangsseitigen Schalter, beispielsweise beim Teilfilter TP1 die Schalter S11 und S12 jeweils durch ein Relais realisiert werden müssen. Auch in dem Falle, in dem anstelle des Teilfilters TP8 von dem in Fig. 1 dargestellten Ausserbandfilter AW Gebrauch gemacht wird, werden die Schalter S81 und S82 ebenfalls benötigt, und zwar für die Durchschaltung des dem höchsten Teilfrequenzbereich zugeordneten Ausserbandfilters AW bei entsprechend hoher Senderarbeitsfrequenz fo zum Ausgang aO. Wie bereits darauf hingewiesen worden ist, wird bei der Erfindung von der wesentlichen Erkenntnis ausgegangen, dass die hohe Sperrdämpfung von 40dB lediglich für den Bereich der zweiten Oberwelle benötigt wird, während für eine ausreichende Dämpfung der ersten Oberwelle, die durch die Gegentaktschaltung der Endverstärkerstufe bereits stark gedämpft ist, lediglich eine Sperrdämpfung von etwa 20dB benötigt wird. Es ist also möglich, die Teilfilter lediglich für eine Sperrdämpfung von ca. 20dB auszulegen, und die erforderlichen hOdB für die zweite Oberwelle und gegebenenfalls auch für weitere Oberwellen höherer Ordnung durch die Hintereinanderschaltung von zwei oder auch mehr Teilfiltern im Signalweg sicherzustellen. Wie Fig. 4 zeigt, genügt es im Unterschied zum Tiefpassfilter mit drei Polen nach Fig. 2, in diesem Falle die Teilfilter als Tiefpassfilter lediglich mit zwei Polen auszuführen. Auf diese Weise lassen sich eine Induktivität und zwei Kondensatoren einsparen. Das in Fig. 5 dargestellte erste Ausführungsbeispiel für eine Filteranordnung FA nach der Erfindung, macht ebenfalls von der Ausserbandweiche AW Gebrauch, die hierbei das dem höchsten Teilfrequenzbereich der Senderarbeitsfrequenz fo zugeordnete Teilfrequenzfilter ist. An den Ausgang der Ausserbandweiche AW schliessen sich über Relais Rel1...Rel6 in den Signalweg einschaltbare Teilfilter TP1....TP6 an. Entsprechend der Fig. 1 ist das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 für eine Filteranordnung in einem Kurzwellensender für den Frequenzbereich von 1,5 bis 30MHz ausgelegt. Die Grenzfrequenzen fg, bei denen die Teilfilter noch praktisch keine Dämpfung aufweisen, und die Sperrfrequenzen fs, bei denen die Teilfilter dz gewünschte Sperrdämpfung oberhalb des Durchlassbereiches erreichen, sind unterhalb der Teilfilter angegeben. Im Unterschied zur bekannten Filteranordnung FA nach Fig. 1 kommt die Filteranordnung FA nach Fig. 5 mit einem Teilfilter weniger aus. Auch die Zahl der Relais hat sich von 16 auf 6 vermindert, da hier jedem Relais für Ein- und Ausgang eines Teilfilters jeweils zwei Umschaltkontakte ein und desselben Relais zugeordnet werden können. Eine Variante der Filteranordnung FA nach Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. Sie unterscheidet sich lediglich in den Teilfiltern TP1, TP3 und TP5, die hier jeweils als Weichen W1, W3 und W5 in Form einer Tiefpass-Hochpasskombination ausgebildet sind, und deren Hochpassausgang jeweils mit einem Lastwiderstand R abgeschlossen ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass über den gesamten Frequenzbereich der Senderarbeitsfrequenz fo hinweg im Sperrbereich der Teilfilter keine Oberwellen in die Senderendstufe zurückreflektiert, sondern in den Lastwiderständen R in Verlustwärme ungesetzt werden. In der Tabelle der Fig. 7 sind in der ersten Spalte die sieben Teilfrequenzbereiche der Teilfilter angegeben. Die weiteren Spalten -sind den Relais Rel1....Rel6 zugeordnet. Die beiden Umschaltkontakte der Relais Rell.... Rel6 sind in ihrer Stellung für ein Durchschalten des Signalwegs in der Tabelle der Fig. 7 durch zwei parallele waagrechte Linien dargestellt. Beide Schaltstrecken liegen hierbei zueinander parallel. Bei der Stellung der Umschaltkontakte im Sinne eines Anschaltens eines Teilfilters ist in der Tabelle dagegen ein Kreuz angegeben. Um die gewünchte Dämpfung in der Grössenordnung von 40dB bei der zweiten Oberwelle und höheren Oberwelle zu erhalten, sind, wie die Tabelle in Fig. 7 zeigt, beispielsweise für den Teilfrequenzbereich 1,5 bis 2,4MHz die Teilfilter TP1 bzw. W1 und TP2 in den Signalweg eingeschaltet. In gleicher Weise sind für den Teilfrequenzbereich 2,4 bis 4MHz die Teilfilter TP2 und TP3 bzw. W3 im Signalweg wirksam. Da die das Teilfilter für den höchsten Teilfrequenzbereich von. 20 bis 30MHz darstellende Ausserbandweiche AW stets im Signalweg wirksam ist, ist für den Teilfrequenzbereich 13 bis 20MHz nur noch das Teilfilter TP6 zusätzlich im Signalweg wirksam. pie Ausserbandweiche AW muss natürlich, da sie ausschliesslich für den Teilfrequenzbereich 20 bis 30MHz zuständig ist, für eine Bemessung der Sperrdämpfung der zweiten Oberwellen von 4OdB entsprechend Fig. 3 ausgelegt sein. Die in Fig. 8 gezeigte Variante einer Filteranordnung FA stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar, bei dem von zwei Filterzweigen I und II Gebrauch gemacht wird. Die beiden Filterzweige können alternativ über den eingangsseitigen Schalter S5 und den ausgangsseitigen Schalter S7 zwischen den Eingang eO und den Ausgang aO geschaltet werden. Die beiden Schalter S5 und S7 werden jeweils durch ein Relais realisiert. Der Filterzweig I ist dabei für den Frequenzbereich foA13MHz und der Filterzweig II für den Frequenzbereich fo < 13MHz zuständig. Jeder der beiden Filterzweige weist gleichsam als festen Bestandteil eine Weiche W5 bzw. W7 aus einer Tiefpass-Hochpasskombination mit einem den Ausgang des Hochpasses abschliessenden Lastwiderstand R auf. Der Weiche W7 im Filterzweig I kann für den Teilfrequenzbereich 13 bis 20MHz das Teilfilter TP6 über das Relais Rel6 in. Serie geschaltet werden. In gleicher Weise können der Weiche W5 im Filterzweig II wahlweise über die Relais Rel1....Rel4 die Teilfilter TPl....TP4 für sich oder gemeinsam mit einem weiteren Teilfilter in Serie geschaltet werden. Entsprechend den Fig. 5 und 6 sind auch in Fig. 8 die den einzelnen Teilfiltern bzw. Weichen zugehörigen Grenzfrequenzen fg und Sperrfrequenzen fs angegeben. Die Teilfilter TP1, TP2, TP3, TP4 und TP6 sind auch hier wiederum als Kauerparameter-Tiefpässe mit zwei Polen ausgeführt, während die Weichen W7 und W5, in ihrem Tiefpasszweig dreipolig ausgeführt sind, da sie jeweils für sich die höhere Sperrdämpfung für die zweite Oberwelle erbringen müssen. Bei der Filteranordnung FA nach Fig. 8 werden an den Teilfiltern reflektierte Oberwellen im Frequenzbereich oberhalb von 6MHz in wünschenswerter Weise nicht in den Ausgang des Endverstärkers reflektiert. Hierzu werden im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 6 lediglich zwei und nicht drei Teilfilter in Weichenausführung benötigt. Zwar ist bei der Ausführungsform nach Fig. 6 durch das als Weiche ausgeführte Teilfilter W1 gewährleistet, dass auch Oberwellen im Frequenzbereich unterhalb 6MHz nicht in den Ausgang des Endverstärkers reflektiert werden. Bei vielen Anwendungsfällen ist jedoch diese Vorsichtsmassnahme nicht er forderlich, da die Endverstärkerstufe in der Regel im unteren Frequenzbereich mehr Aussteuerreserve hat und deshalb in diesem Bereich in den Verstärkerausgang reflektierte Oberwellen die vom Sender auszustrahlenden Nutzdaten bei weitem nicht so beeinflussen können, wie das im mittleren und oberen Frequenzbereich der Fall wäre. 6 Patentansprüche 8 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. In einem breiten Frequenzband durchstimmbarer Sender, insbesondere Kurzwellensender, mit einem in Gegentakt arbeitenden Endverstärker, vorzugsweise Transistorverstärker, und einer zwischen dem Endverstärkerausgang und dem Senderausgang vorgesehenen Filteranordnung, deren Teilfilter, die bestimmten Teilfrequenzbereiche der Senderarbeitsfrequenz zugeordnet sind und der Unterdrückung unerwünschter Oberwellen der S,enderarbeitsfrequenzen dienen, alternativ in Abhängigkeit der Senderarbeitsfrequenz ein- und ausgangsseitig über elektrisch steuerbare Schalter in den Signalweg enschaltbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t-, dass die Teilfilter' (TP1....TPn) lediglich für eine ausreichend grosse Sperrdämpfung der Oberwellen nfo der Senderarbeitsfrequenz fo bemessen sind, die geradzahlige Vielfache (n=2,4....) hiervon sind, und dass die erforderliche Sperrdämpfung für Oberwellen n-fo, die ungeradzahlige Vielfache (n=3,5 ) der Senderarbeitsfrequenz fo sind, durch zusätzliches Einschalten wenigstens eines weiteren Teil filtet in in den Signalweg herbeigeführt ist, das hierbei, be- zogen auf den durch die Senderarbeitsfrequenz fo bestimmten Teilfrequenzbereich, dem sich an diesen Teilfrequenzbereich nach oben anschliessenden Teilfrequenzbereich zugeordnet ist. 2. Sender nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Teilfilter (TP1....TPn) der Filteranordnung (FA) Tiefpasscharakter aufweiseMe Suboktav-Filter sind. 3. Sender nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das dem höchsten Xeilfrequenzbereich der Senderarbeitsfrequenz fo zugeordnete Teilfilter zu einer Ausserbandweiche (AW) in Form einer Tiefpass-Hochpasskombination erweitert ist, deren Hochpassausgang ein Lastwiderstand (R) abschliesst, und dass diese Ausserbandweiche fest im Signalweg angeordnet ist. 4. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass den x Teilfrequenzbereic9zugeordneten x Teilfilter .(TP1.... TPv) der Filteranordnung (FA)/ bei Zuordnung einer Teilfilter -ordnungszahl Z für Z=1,2,3 in Richtung zunehmender Frequenz der im Gesamtfrequenzbereich der Senderarbeitsfrequenz fo aufeinanderfolgenden Teilfrequenzbereiche,die Teilfilter mit der Ordnungszahl Z=x-y für y eine ungerade ganze Zahl jeweils als Weiche (W2,W3,W5,AW) in Form einer Tiefpass-Hochpasskombination ausgeführt sind, deren Hóchpassausgang ein Lastwiderstand (R) abschliesst. 5. Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Filteranordnung (FA) zwischen Eingang (eO) und Ausgang (aO) zwei Filterzweige (I,II) aufweist, die wahlweise über elektrisch gesteuerte Schalter (S5,S7) alternativ zwischen Ein- und Ausgang wirksam sein können, dass ferner der eine Filterzweig (I) aus dem dem höchsten Teilfrequenzbereich für die Senderarbeitsfrequenz zugeordneten Teilfilter in Form einer Weiche (W7) und dem hierzu wahlweise in Reihe anschaltbaren, dem zweithöchsten Teilfrequenzbereich für die Senderarbeitsfrequenz zugeordneten Teilfilter (TP6) und der andere Filterzweig ÍI) aus dem dem dritthöchsten Teilfrequenzbereich für die Senderarbeitsfrequenz fo zugeordneten Teilfilter in Form einer Weiche (W5) und dem hierzu wahlweise in Reihe anschaltbaren, den übrigen Teilfrequenzbereichen der Senderarbeitsfrequenz fo zugeordneten Teilfiltern (TP1....TP4) bestehen, und dass bei den als Weiche ausgebildeten Teilfiltern (W5,W7) der nicht für die Anschaltung eines weiteren Teilfilters vorgesehene Ausgang mit einem Lastwiderstand (R) abgeschlossen ist. 6. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrisch steuerbaren Schalter Relais tRel1...Rel6,S5,S7) sind, und dass hierbei jedem, in den Signalweg einschaltbaren Teilfilter ein Relais (Rell....Rel6) mit zwei Umschaltkontakten und zwar einem filtereingangsseitigen (S11....S61) und einem filterausgangsseitigen Umschaltkontakt (S12... S62) zugeordnet ist.

Inventors: ZIRWAS, JOHANN GERHARD, DR.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: H03J5
IPC codes: H03J5, H03H7