CZ59692A3 - Zařízení pro oddělení rádiového signálu v motoro vých vozidlech - Google Patents

Abstract

Vyhřívané okno s topným článkem (5) motorového vozidla je současně používáno pro účely vyhřívání a i jako radiová anténa. Rádiový signál je oddělen od zdrojového obvodu * pomocí dvou cívek (9), které jsou vzájemně induktivně sdrženy a navinuty ve shodném směru. Cívky (9) jsou provedeny bifilárnímvinutím na hrníčkovémjádru a přestavují nízkoodporovou cestu pro stejnosměrný napájecí proud, ale pro rádiový signál představují vysokoimpedační signál. V jednom provedení je použit zesilovač rádiového signálu (113) a jak bifilární viriutí (102),.tak i zesilovač rádiového signálu (113) mají relativně nízkou impedanci.

Description

c _? i ~ ! > i ~. ¹

Toto zařízení pojednává o oddělovacím zařízení rádiového signálu v motorových vozidlech s vyhřívaným sklem s topnými vodiči při jeho využití jako anténního systému. Topné vodiče vyhřívaného skla lze současně používat pro vyhřívání a jako anténu.

Dosavadní stav techniky

Je známo použití topných vodičů vyhřívaných zadních skel motorových vozidel jako antény vložením velkých tlumivek se vzduchovým jádrem mezi topné vodiče a napájecí zdroj.Tyto tlumivky představují nízkoodporovou cestu pro topný proud a vysokoodporovou cestu pro rádiový signál.

ovšem vzniká problém dosažení od napájecího zdroje

Při použití zmíněných tlumivek dobrého oddělení rozhlasového signálu uspořádáním, které by bylo levné konstrukce a přitom jednoduše a snadno instalovatelné.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout anténní systém, který výše zmíněné problémy odstraňuje nebo alespoň minimalizuje.

Tento vynález poskytuje oddělovací zařízení signálu při použití topných vodičů vyhřívaného skla motorových vozidel jako anténního systému, řečené oddělovací zařízení signálu sestává z elektrického obvodu v pouzdře, přípoje vstupu elektrického napájení připojeného ke zmíněnému obvodu a vystupujícího z pouzdra pro spojení se stejnosměrným elektrickým zdrojem vozidla, přípoje výstupu elektrického napájení, připojeného k tomuto obvodu a vystupujícího z pouzdra pro spojení s topnými vodiči, a přípoje rozhlasového signálu, připojeného k jednomu ze svorek napájení, vystupujícího z pouzdra pro spojení s rádiovým zařízením, a spojovací prostředky pro upevnění pouzdra v blízkosti vyhřívaného okna, kde elektrický obvod obsahuje dvě cívky, zapojené mezi vstup a výstup, cívky jsou

-3společně induktivně spojeny a vinuty ve , stejném směru tak, aby poskytly vysokoimpedanční cestu pro rádiový signál, ale nízkoodporovou cestu pro stejnosměrný proud.

Cívky jsou s výhodou vytvořeny s bifilárním vinutím, což znamená že se skládají z v podstatě shodných cívek navinutých ve stejném směru vinutím dvou oddělených drátů na společmé jádro, např. hrníčkové jádro.

Při požadavku dokonalejšího potlačení interference může zařízení podle vynálezu obsahovat tlumivky potlačující interferenci, které mohou mít vinutí se vzduchovou mezerou a· případně i s kondenzátorovým filtrem.

Obvod v zařízení podle vynálezu je relativně' jednoduchý a celá jednotka s pouzdrem může být vhodně umístěna. Některé nebo i všechny přípoje mohou být tvořeny vodiči. Přípoje rozhlasového signálu může být zapojen do příslušných svorek uvnitř nebo vně pouzdra.

Zařízení podle vynálezu může být použito pro vysílání a/nebo příjem amplitudově nebo frekvenčně modulovaných signálů na všech vhodných vlnových rozsazích. Zařízení podle vynálezu může být používáno s klasickým vyhřívaným sklem, např. zadním, zahrnujícím vodorovné nebo svislé vodiče ve všech uspořádáních na nebo v okenním skle. V případě potřeby mohou být do elektrického obvodu zahrnuty přizpůsobovací nabo ladící obvody pro přizpůsobení charakteristiky skla k charakteristice ladících obvodů rozhlasového přijímače, zejména ve vztahu ke normální nerezonanční charakteristice skla a rádiové frekvence, a/nebo pro filtraci signálů kromě požadovaného frekvenčního rozsahu.

U jednoho provedení podle vynálezu, použitého u vyhřívaného skla s typickou spotřebou 17A při 13V pro vyhřívání, mohou být použity dvě bifilární tlumivky jedna s relativně malou indukčností - kolem ΙμΗ - působící v rozsahu VHF, a druhou s mnohem větší hodnotou, která působí na nejnižším používaném frekvenčním rozsahu, t.j. do 150kHz.

Na nízkých kmitočtech, zmíněných např. v předcházejícím odstavci, impedance obvyklé vyhřívácí antény má tendenci k přibližování se její kapacitanci v rozsahu asi 80pF, s reaktancí kolem 13kQ. Použití dvojitě vinutého bifilárního uspořádání je klíčem pro použití cívek na těchto nízkých kmitočtech, protože stejnosměrná magnetizace dvou vinutí se zruší, může být použito

-3uzavřené magnetické jádro, např, hrníčkové feritové jádro, aniž by se objevila saturace. Požadovaná indukčnost může být proto dosažena s relativně malým počtem závitů silného vodiče, potřebného k přenosu stejnosměrného proudu, např. průměr 1.6mm na 17A, s hrníčkovým jádrem přijatelných rozměrů.

V uspořádání je impedance tlumivky srovnatelná s impedancí antény na kmitočtu signálu, takže silný rozhlasový signál s dobrým poměrem signálu k šumu může být oddělený.

Nicméně 1 při výhodě dvojité vinutého bifilárního vinutí tlumivky pro nízké frekvence směřují k tomu, že jsou relativně velké a drahé zařízení. Pro minimalizaci této vlastnosti je komromisem hodnota indukčnosti, např. lmH, dosažená 9,5 dvojitými závity na 30mm jádru, ačkoliv toto může mít za následek jistou ztrátu výkonu na nízkých kmitočtech.

Alternativním řešením je zesilovač rozhlasového signálu, připojený k přípoji radiového signálu, tlumivka má relativně nízkou impedanci a též zesilovač má odpovídajícně nízkou impedanci.

V tomto uspořádání jsou díky nízké impedanci cívek dosaženy malé rozměry, a k překvapení je důsledkem nízké vstupní impedance zesilovače vynikající výkon na nízkých kmitočtech.

Zesilovač může být jakýkoliv typ s nízkou vstupní impedancí a vhodným vysokým ziskem a tak např. může obsahovat zesilovací stupeň s tranzistorem/tranzistory FET, zapojený v konfiguraci s uzemněným- hradlem.

Je zřejmé, že- zařízení podle vynálezu bude používáno ve spojení s vyhřívaným oknem vozu, zejména s jeho zadním vyhřívaným sklem, pro příjem rozhlasového signálu. I když zařízení není vyhrazeno pouze pro tento účel a může být použito pro další vhodné účely.

Tlumivky mohou zahrnovat bifílární vinutí nebo jiné dvojité vinutí a může být použito feritové hrníčkové jádro nebo jakékoliv jiné vhodné jádro.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále popsán na příkladu provedení s odkazy k připojeným obrázkům,, na kterých obr.l představuje schematický pohled na jedno provedení zařízení pro oddělování rozhlasového signálu podle vynálezu, obr.S je schéma zapojení zařízení

-4z obr.l, obr. představuje další modifikaci obvodu z obr.2, obr.4 je ekvivalentní obvod pro uspořádání z obr.3, obr.5 je schéma zapojení obvodu pro oddělení signálu zahrnující modifikaci z obr.3 a obr.6 představuje modifikaci obvodu z obr.5

Příklady provedení vynálezu

Zařízení na obr. 1 a S je určeno pro použití v motorovém vozidle š zadním sklem, opatřeným několika paralelními vodorovnými topnými vodiči, běžícími mezi kolmými přípojnicemi s připojenými vývody.

Zařízení je v uzemněné krabičce 1 a zahrnuje dvojici vstupních svorek 2 a dvojici napěťových výstupních svorek 3.

Při používání jsou vstupní svorky 8 připojeny na kostru vozu a jeho stejnosměrný zdroj pomocí normálního spínače topného článku,a napěťové výstupní svorky 3 jsou připojeny k topnému článku 5. Kostřící vstupní svorka 2 zahrnuje montážní držák pro připojení k vozu. Druhá vstupní svorka 8 zahrnuje vodič. Napěťové výstupní svorky 3 zahrnují vodiče s konektory na koncích pro spojení s obvyklými svorkami přípojnic na okně nebo skle.

Jeden konektor 4 (kostřící konektor) obsahuje vlečný koaxiální vodič 6 s kolíkem na konci pro spojení se protikonektorem. na konci vodiče vstupu rozhlasového signálu do přijímače ve voze.·.

Uvnitř pouzdra 1 jsou vstupní svorky 8 připojeny k napěťovým výstupním svorkám 3 přes odrušovač, tvořený tlumivkou 7, dvěma filtrovacími kondenzátory 8 a dvěma cívkami 9, vloženými vždy před každou napěťovou výstupní svorku 3.

Tlumivka 7 je na hrníčkovém jádru a má 20 závitů z 18 swg drátu na hrníčkovém jádru o průměru 36 mm a výšce 23 mm. Vinutí tlumivky 7 je se vzdušnou mezerou pro získání optimální indukónosti ( cca. 60 až 100 μΗ) při proudu 20A - to je obvyklý proudový příkon vyhřívaných skel motorových vozů. Filtrovací kondenzátor 8 může být tvořen např. luF keramickým kondenzátorem pro účinné filtrování . na vysokých kmitočtech a 820 pF elektrolytickým kondenzátorem, zajišťujícím vlastní oddělení.

Cívky 9 jsou provedeny s bifilárním vinutím o 9,5 závitech z drátu o průměru 1,6 mm na hrníčkovém jádru průměru 30mm a výšce 19mra, bez vzduchových mezer s indukčností cca. 1,2 až 1,4 mH.

-5V případě nutnosti mohou být napěťové výstupní svorky 3 propojeny kondenzátorem (není zobrazen) pro přizpůsobení. Nicméně v praxi toto přizpůsobení nepředstavuje žádný problém, z toho důvodu, že je prokázáno, že topný článek působí jako vodivá plocha pro rozhlasové signály spíše než vodivá smyčka. Dále může být obsažen mezi konektorem 4 a vyhřívacím článkem S oddělovací kondenzátor (také nezobrazen).

Při používání může procházet elektrický proud ze zdroje do topného článku £, protože cívky 9 představují pro tento elektrický proud nízkoimpedanční cestu. Přitom může být současně přijímán topním článkem 5 i rozhlasový signál, který odchází výstupním konektorem 4 do přijímače. Cívka 9 představuje pro radiový signál vysokoimpedanční cestu a tak zdrojový obvod ovlivňuje síli signálu jen nepatrně.

Cívky 9 a odrušovací obvod působí také jako zábrana pro vstup šumu pozadí a dalším interferenčním vlivům do výstupního konektoru 4.

S provedením podle vynálezu je možné dosáhnout dobrou kvalitu a citlivost rozhlasového příjmu.

Bude oceněno, že zařízení může být instalováno do vozů již při výrobě nebo tam může být instalováno jako dodatečné vybavení jednoduchým vložením do vodiče před topný článek. V každém případě, aby byl minimalizován vliv zvýšení interference signálu indukčností, zařízení má být uspořádáno co nejblíže k topnému článku'5 a připevněno ke.karoserii vozu.

“· U shora popsaného provedení zařízení podle vynálezu i u jeho modifikací bude zajisté oceněno, že hodnoty jednotlivých součástek mohou být zvoleny ve vztahu k procházejícímu proudu a přijímanému frekvenčnímu rozsahu. Také konstrukce různých součástek může být odlišná než bylo výslovně popsáno. Tak mohou mít například cívky 9 a/nebo tlumivky 7 toroidní závity a/nebo feritové cívky pro zvýšení indukčností á/nebo zmenšení velikosti cívek, jestliže je to považováno za výhodné vzhledem k jejich výrobním nákladům.

Vzhledem k výše popsaným provedením a jejich modifikacím je výhodné, .že induktivní vazba .. shodně vinuté cívky 9 zvyšuje efektivnost zamezení prostupu rozhlasového signálu do stejnosměrného zdroje napětí, a tato induktivní vazba také pomáhá rušit stejný ale protilehlý magnetický tok, vzniklý v cívce, když proud ze zdroje prochází dvěma cívkami v opačném

-6směru a je tak předejito saturaci v jádru cívky, vzniklé průchodem proudu.

Na obr.3 jsou dvě bifilární tlumivky 101. 103 zapojeny mezi první svorky 103. 104. které jsou spojeny s topným článkem skla automobilu, a druhé svorky 105, 106 jsou připojeny na kladný pol a kostru zdroje. Kondenzátory 107. 108, 109 jsou zapojeny mezi konce vinutí tlumivek 101. 103.

Tlumivka 101 má relativně malou indukčnost, kolem ΙμΗ, která je účinná na rozsahu VKV. Druhá tlumivka 108 má vyšší indukčnost, účinnou na rozsahu amplitudově modulovaných vln ( pro kmitočty pod 150 kHz).

Svorky výstupu rozhlasového signálu 110. 111 jsou spojeny s příslušnými tlumivkami 101. 108 přes příslušný VKV a SV/DV anténní zesilovač do anténního vstupního obvodu přijímače.

Na obr.4 je zobrazen ekvivalentní obvod pro amplitudovou modulaci, který je popsán dále.

Anténa je tvořena napětovým zdrojem a kapacitou Ca a přídavnou kapacitou, způsobenou vstupní impedancí obvodu VKV. L je tlumivky 3 pro amplitudovou modulaci a Rp její paralelní ztrátový odpor. Rezonanční frekvence indukčnosti a celkové kapacity by měla být v kolem 400 kHz, se znatelným poklesem k nižším kmitočtům, omezezeným rozsahem pásma DV 150 kHz při předpokládaném poklesu 13 dB/oktávu. Dále zde mohou být zdůrazněné odchylky citlivosti v rozsahu kolem rezonančního kmitočtu vlivem hodnoty Rp. Tento jev je možné změnit, například přidáním dodatečných paralelních odporů, a tak je provedení z obr.3 obecně přijatelné. Nicméně, aby se předešlo nežádoucímu zhoršení poměru signál/šum, které může být vzhledem k okolní úrovni šumu antény znatelné, je na obr. 5 provedení se zlepšenými charakteristikami.

Toto uspořádání obsahuje oddělené tlumivky 101, a amplitudově modulovaný signál (SV.DV) jako (odpovídající součástky jsou označeny stejnými značkami). Amplitudově modulovaný signál zde prochází přes vazební cívku 113. navinutou na nízkofrekvenční tlumivce 103 a působící jako áutotransformátor, ale též může být použito i napojení v uzlu tlumivek 101. 103. jako na obr.3. Signál dále přichází do vstupu prvního stupně FET zesilovače 113 s uzemněným hradlem, spojeného s rezonančním obvodem 114 s nízkým činitelem jakosti ve svodovém obvodu a s FET zdrojovým sledovačem 115.

indukčnost efekktivní

103 pro VKV na obr.3 vztahovými

-7Výstup sledovače 115 může být sloučen s VKV anténním zesilovačem ( zapojeným na svorku 110) pro získání společného výstupu.

Požadavky na nízkofrekvenční cívku 108 se nyní poněkud snížily: impedance této soužástka je nyní pouze požadovaná, aby byla velká ve vztahu k nízké vstupní impedanci zesilovače 115. Nicméně je stále žádoucí, aby účinný paralelní ztrátový odpor byl dostateómě vysoký, aby zabránil zhoršení šumového čísla. Nyní je možné dosáhnout zlepšeného výkonu směrem ke kmitočtu 150 kHz s tlumivkou o indukčnosti lmH nebo, alternativně, dosáhnout přijatelného výkonu s redukovanou tlumivkou již 800 μΗ a méně. Použití vazební cívky na vstupu stupně s uzemněným hradlem umožňuje další stupeň volnosti při optimalizaci šumového čísla a ziskové charakteristiky. Výšku zisku a jeho změnu je nyní možno ovládat vhodnou volbou parametrů vazby mezi stupni. To závisí na hodnotě indukčnosti zvolené pro dvojitě vinutou tlumivku 108 a na požadovaném rozsahu udržení vysokého výkonu na nízkých kmitočtech. Typicky bude mezistupňový vazební obvod rezonanční směrem k nízkým kmitočtům, cca. 800 kHz a bude mít funkci činitele jakosti přibližně jednotnou a úroveň impedance dávající všeobecné zesílení jednotnosti, vedoucí k hodnotám jako 8mh, 80pF, lOkfl.

Alternativní uspořádání nízkoimpedančního vstupního zesilovače jako např, ve všeobecném uspořádání na obr.6, závisejícím na použití negativní bočníkové vazby, zajištující nízkou vstupní impedanci...zesi lovače.

Samozřejmě, že ' použití vynálezu není zaměřeno pouze na detaily výše uvedených předvedení, které jsou ukázány pouze na příkladech.

Průmyslová využitelnost

Vynález je použitelný zejména pro oddělení příjmaného rozhlasového signálu ve všech druzích automobilů s alespoň jedním vyhřívaným sklem, kde topný článek působí jako anténní systém. Vynález může být dále použit i pro vysílání signálu z automobilu. .

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro oddělení rádiového signálu v motorových vozidlech s oknem, vyhřívaným topnými vodiči, které působí jako anténní systém, toto zařízení pro oddělení rádiového signálu sestává z elektrického obvodu v pouzdře, vstupních přípojů pro napájení elektrickým proudem, spojených s tímto elektrickým obvodem, a vystupujících z pouzdra pro spojení se stejnosměrným zdrojem, napětí motorového vozidla, výstupních přípojů pro napájení elektrickým proudem, spojených s elektrickým obvodem a vystupujících z pouzdra pro spojení se svorkami topných vodičů, přípojů rádiového signálu, spojených s jedním z výstupních přípojů elektrického napájení a vystupujících z pouzdra pro spojení s rádiovým zařízením, a montážních prostředků pro montáž pouzdra u vyhřívaného skla, vyznačující se tím, že elektrický obvod obsahuje dvě cívky, zapojené mezi vstupní a výstupní přípoje elektrického napájení, cívky jsou vzájemně induktivně spřaženy a jsou vinuty ve stejném směru pro zajištění vysokoimpedanční cesty pro rádiový signál, pro stejnosměrný proud však představují nízký odpor, uspořádání obou cívek zajištuje zrušení všech stejnosměrných magnetizačních efektů.
2. 3. Zařízení podle bodu 1,vyznačující se tím, že cívky jsou tvořeny bifilárním vinutím.

   3. Zařízení podle bodu 3,vyznačující se tím, že bifilární vinutí jsou navinuta na hrfiíčkovém jádru.
3. 4. Zařízení podle bodu 1, 3 nebo-3, vyznačující se t í m , že obsahuje zesilovač rádiového signálu, zapojený do přípoje rádiového signálu, cívky mají relativně nízkou impedanci a odpovídajícně nízkou impedanci má i zesilovač.
4. 5. Zařízení podle bodu 3,vyznačující se tím, že zesilovač rádiového signálu obsahuje stupeň s tranzistorem FET, zapojenýw konfiguraci s uzemněným hradlem.