Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Antennenanordnung für den Rundfunkempfang in einem im wesentlichen rechteck- bzw. trapezförmigen Ausschnitt einer elektrisch leitenden Fahrzeugkarosserie.The invention relates to an active antenna arrangement for radio reception in a substantially rectangular or trapezoidal section of an electrically conductive vehicle body.
Die Erfindung geht aus von einer Antennenanordnung, wie sie z. B. in der DE 195 35 250 A1 in Bild 4a am Beispiel eines Dachsegments für ein kleines Fahrzeug beschrieben ist. Die dort angegebenen passiven Antennen 5, 6 für Frequenzen bis zum Meterbereich sind vorzugsweise als Leiterstrukturen aus dünnem Draht gebildet. Aufgrund der im Fahrzeugbau beschränkt verfügbaren Bauräume kommen für die dort beschriebenen Segmente in erster Linie Dachsegmente oder Segmente im leitenden Kofferraumdeckel in Frage, wobei die Ausschnittlänge L durch die Fahrzeugbreite und ihre Ausschnittbreite B durch andere fahrzeugtechnisch vorgegebene Rahmenbedingungen, wie z. B. das Schiebedach, die Überrollsicherheit etc. eingeschränkt ist. Dies führt insbesondere im Bereich der Meterwellen dazu, dass die Ausschnittlänge L oft kleiner als die Hälfte der Betriebswellenlänge λ ist und die Ausschnittbreite B kleiner als 1/10 der Betriebswellenlänge gewählt werden muss. In diesem Fall kann mit den in der DE 195 35 250 A1 in Bild 4a vorgeschlagenen Antennen 5, 6 die Aufgabe einer verlustarmen Anpassung an die im Fahrzeugbau üblichen Impedanz ZO = 50 Ohm bei größtmöglicher Bandbreite nicht zufriedenstellend realisiert werden. Auch bei größeren Personenkraftfahrzeugen stehen für die Ausschnittlänge L mehr als 90 cm kaum zur Verfügung. Dies bedeutet im UKW-Bereich bei einer Mittenfrequenz von fm = 97 MHz eine auf die Wellenlänge dieser Frequenz bezogene relative Ausschnittlänge L von L/λ = 0,3 bei einer relativen Bandbreite des UKW-Bereichs von (fmax – fmin)/fm = 0,211. Für das FM-Band in Japan mit seiner Mittenfrequenz von fm = 83 MHz bedeutet dies eine auf die Wellenlänge dieser Frequenz bezogene relative Ausschnittlänge L von L/λ = 0,25 bei einer relativen Bandbreite des UKW-Bereichs von (fmax – fmin)/fm = 0,17. Die vorgeschlagenen Antennen haben bei Anpassung an ZO den Nachteil der Schmalbandigkeit, oder die Bandbreite der Anpassung muss über Verluste erzielt werden. Z. B. können die Betriebsfrequenzbereiche in Form der o. g. Frequenzbänder bei der vorgegebenen kleinen relativen Ausschnittlänge L von L/λ = 0,3 bzw. von L/λ = 0,25 nicht hinreichend verlustarm abgedeckt werden; d. h. das Produkt aus Wirkungsgrad und Bandbreite ist zu klein.The invention is based on an antenna arrangement, as z. B. in the DE 195 35 250 A1 in Figure 4a using the example of a roof segment for a small vehicle is described. The passive antennas specified there 5 . 6 for frequencies up to the meter range are preferably formed as conductor structures of thin wire. Due to the limited space available in vehicle construction space come for the segments described there primarily roof segments or segments in the leading trunk lid in question, the cut length L by the vehicle width and their cut width B by other vehicle technical conditions, such. B. the sunroof, the rollover security, etc. is limited. This leads, in particular in the area of meter waves, to the fact that the cut-out length L is often smaller than half the operating wavelength λ and the cut-out width B must be selected smaller than 1/10 of the operating wavelength. In this case, with the in the DE 195 35 250 A1 in Figure 4a proposed antennas 5 . 6 the task of a low-loss adaptation to the usual in vehicle impedance ZO = 50 ohms with the widest possible bandwidth can not be satisfactorily realized. Even with larger passenger vehicles are available for the cutting length L more than 90 cm hardly available. This means in the VHF range at a center frequency of f m = 97 MHz relative to the wavelength of this frequency relative cut-length L of L / λ = 0.3 at a relative bandwidth of the VHF range of (f max - f min ) / f m = 0.211. For the FM band in Japan with its center frequency of f m = 83 MHz, this means a relative cut-off length L of L / λ = 0.25 relative to the wavelength of this frequency for a relative bandwidth of the FM band of (f max -f min ) / f m = 0.17. The proposed antennas have the disadvantage of narrowbandity when matched to ZO, or the bandwidth of the adaptation must be achieved via losses. For example, the operating frequency ranges in the form of the above-mentioned frequency bands at the given small relative cut-off length L of L / λ = 0.3 or of L / λ = 0.25 can not be covered sufficiently low loss; ie the product of efficiency and bandwidth is too small.
Antennenstrukturen, welche in die Apertur eingebracht sind, unterliegen bei diesen Frequenzen hinsichtlich ihres eigenen Strahlungsbeitrags der durch die Berandung des Ausschnitts gegebenen Dominanz der Randströme, welche bei der Resonanzfrequenz des Ausschnitts resonanzartig überhöht sind. Aus der EP 1 487 052 A1 ist es bekannt, zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Ausschnitts z. B. auf die Mittenfrequenz des UKW-Frequenzbereichs ein kapazitives Abstimmelement zwischen den Rändern des Ausschnitts in der Weise einzubringen, dass an der Antennenanschlussstelle die im Fahrzeugbau übliche Impedanz ZO = 50 Ohm vorliegt. Die üblichen Fahrzeugabmessungen erlauben eine Ausschnittlänge L von etwa 90 cm bei einer Ausschnittbereite B von ca. 20 cm. Mit den in der EP 1 487 052 A1 vorgeschlagenen Maßnahmen wird die relative Bandbreite des Ausschnitts von br = 8% auf br = 20% erweitert, so dass das Frequenzband des UKW-Bereichs abgedeckt ist.Antenna structures, which are introduced into the aperture, are subject at these frequencies in terms of their own contribution to radiation of the given by the boundary of the section dominance of the edge currents, which are resonantly increased at the resonant frequency of the excerpt. From the EP 1 487 052 A1 it is known to vote the resonance frequency of the detail z. B. to the center frequency of the VHF frequency range to introduce a capacitive tuning element between the edges of the cutout in such a way that at the antenna connection point the usual vehicle impedance ZO = 50 ohms is present. The usual vehicle dimensions allow a cut-out length L of about 90 cm with a cut-away width B of about 20 cm. With the in the EP 1 487 052 A1 The proposed measures extend the relative bandwidth of the section from br = 8% to br = 20% so that the frequency band of the VHF range is covered.
Häufig besteht im Fahrzeugbau jedoch die Forderung, mehrere Rundfunkdienste zu empfangen, wodurch eine wesentlich größere Frequenzbandbreite gefordert ist. Nach dem oben geschilderten Stand der Technik können Antennen für mehrere Rundfunkdienste in einem Ausschnitt der geschilderten Abmessung in einer elektrisch leitenden Fahrzeugkarosserie nicht zufriedenstellend realisiert werden.Frequently, however, there is the requirement in the automotive industry to receive several broadcasting services, which requires a much larger frequency bandwidth. According to the above-described prior art, antennas for a plurality of broadcasting services can not be satisfactorily realized in a portion of the described dimension in an electrically conductive vehicle body.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antennenanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art den Nachteil der zu kleinen Frequenzbandbreite zu vermeiden und insbesondere im Frequenzbereich des UKW-Rundfunks jedoch auch darüber hinaus den Empfang mehrerer Rundfunkdienste zu ermöglichen.The object of the invention is therefore to avoid the disadvantage of too small a frequency bandwidth in an antenna arrangement specified in the preamble of claim 1 and in particular in the frequency range of VHF broadcasting but also beyond to allow the reception of several broadcasting services.
Diese Aufgabe wird für eine Antennenanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art mit Hilfe des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs bewirkt.This object is achieved for an antenna arrangement specified in the preamble of claim 1 with the aid of the characterizing part of the main claim.
Offenbart ist eine aktive Antennenanordnung 1 mit einem im Wesentlichen rechteck- bzw. trapezförmigen Karosserie-Ausschnitt 3 einer elektrisch leitenden, die elektrische Masse bildenden Fahrzeugkarosserie 2 mit der Ausschnittlänge L in der Richtung quer zum Fahrzeug und der Ausschnittbreite B in der Längsrichtung des Fahrzeugs für den Rundfunkempfang im Meter- und Dezimeterwellenbereich gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale
- – der Karosserie-Ausschnitt 3 ist mit einem flächenhaften dielektrischen Kunststoffträger 4 abgedeckt
- – auf dem Kunststoffträger 4 ist ein flächiges Antennenelement 5 als elektrisch leitende Schicht aufgebracht, welche mit ihrer Berandung 6 bis auf einen Randabstand R an den Ausschnittrand 7 heranreicht
- – an mindestens einer Massestelle 8 am Antennenelement 5 ist ein Masseleiter 9 vorhanden, welcher durch kurze Überbrückung 10 des Randabstands R das Antennenelement 5 hochfrequenzmäßig mit dem Ausschnittrand 7 verbindet
- – an mindestens einer Verstärkeranschlussstelle 11 am Antennenelement 5 ist in einem Anschlussabstand A – längs des Ausschnittrands 7 – entfernt von der Massestelle 8 ein Antennenverstärker 12 vorhanden, der mit seinem signalführenden Verstärker-Eingangsanschluss 18 mit der Verstärkeranschlussstelle 11 und mit seinem Verstärker-Masseanschluss 19 mit dem Ausschnittrand 7 elektrisch verbunden ist und dessen Verstärker-Ausgang 20 für den Anschluss einer weiterführenden Empfangsschaltung vorgesehen ist.
- – der mindestens eine Antennenverstärker 12 besitzt eine hochohmige Eingangsimpedanz ZE (14) mit ZE > 3·ZO = 150 Ohm Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung beschrieben.
Disclosed is an active antenna arrangement 1 with a substantially rectangular or trapezoidal body cutout 3 an electrically conductive, the electrical mass forming vehicle body 2 with the cut-away length L in the direction transverse to the vehicle and the cut-out width B in the longitudinal direction of the vehicle for radio reception in the meter and the decimeter wave range characterized by the following features - - the body neckline 3 is with a planar dielectric plastic carrier 4 covered
- - on the plastic carrier 4 is a planar antenna element 5 applied as an electrically conductive layer, which with their boundary 6 to an edge distance R to the cutting edge 7 zoom ranges
- - At least one mooring point 8th at the antenna element 5 is a ground leader 9 present, which by short bridging 10 the edge distance R the antenna element 5 high frequency with the cutting edge 7 combines
- - At least one amplifier connection point 11 at the antenna element 5 is at a connection distance A - along the cutting edge 7 - away from the metering point 8th an antenna amplifier 12 present with its signal carrying amplifier input terminal 18 with the amplifier connection point 11 and with its amplifier ground connection 19 with the cutting edge 7 is electrically connected and its amplifier output 20 is provided for the connection of a further receiving circuit.
- - The at least one antenna amplifier 12 has a high-impedance input impedance ZE ( 14 ) with ZE> 3 * ZO = 150 ohms Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims and the description.
In der aktiven Antennenanordnung 1 können zur Ermöglichung des Rundfunkempfangs im UKW-Frequenzbereich und bei Frequenzen darüber die Ausschnittlänge L > 70 < 130 cm, die Ausschnittbreite B > 10 < 35 cm und der Randabstand R > 1 < 5 cm gewählt sein, und der Antennenverstärker 12 kann in einem Anschlussabstand A > 10 cm längs des Ausschnittrands 7 entfernt von der Massestelle 8 angebracht sein.In the active antenna arrangement 1 For example, the cut-off length L> 70 <130 cm, the cut-out width B> 10 <35 cm and the edge distance R> 1 <5 cm may be selected to enable radio reception in the FM frequency range and at frequencies above, and the antenna amplifier 12 can at a connection distance A> 10 cm along the cutting edge 7 away from the Massestelle 8th to be appropriate.
Die hochohmige Eingangsimpedanz ZE 14 des Antennenverstärkers 12 kann durch einen am Eingang des Antennenverstärkers 12 befindlichen, im Source-Zweig gegengekoppelten Feldeffekttransistor (FET) mit kleiner Gate-Source-Kapazität gegeben sein.The high-impedance input impedance ZE 14 of the antenna amplifier 12 can through one at the entrance of the antenna amplifier 12 be present, counter-coupled in the source branch field effect transistor (FET) with a small gate-source capacitance.
Zur Gestaltung der hochfrequent wirksamen Verbindung der Massestelle 8 des Antennenelements 5 mit dem Ausschnittrand 7 der Fahrzeugkarosserie 2 kann ein kapazitiv leitendes Element 15 vorhanden sein, welches als eine auf die Fahrzeugkarosserie 2 isoliert aufgebrachte, kapazitiv wirksame Massefläche 16 hergestellt ist und über die kurze Überbrückung 10 mit dem Antennenelement 5 verbunden ist.To design the high-frequency effective connection of the measurement point 8th of the antenna element 5 with the cutting edge 7 the vehicle body 2 may be a capacitive conducting element 15 be present, which as one on the vehicle body 2 isolated applied, capacitive ground plane 16 is made and about the short bridging 10 with the antenna element 5 connected is.
Für Antennendiversity-Empfang kann zur Gestaltung einer weiteren Antenne neben dem ersten Antennenverstärker 12 ein zu diesem gleicher weiterer Antennenverstärker 13 mit hochohmiger Eingangsimpedanz ZE 14 vorhanden sein, dessen Verstärkeranschlussstelle 11a – wie die des ersten Antennenverstärkers 12 – im gleichen Anschlussabstand A entfernt von der Massestelle 8 entfernt, jedoch in Bezug auf letztere gespiegelt am Ausschnittrand 7 angebracht ist.For antenna diversity reception can be to design another antenna next to the first antenna amplifier 12 a to this same further antenna amplifier 13 with high impedance input impedance ZE 14 be present, its amplifier connection point 11a - like the first antenna amplifier 12 - at the same connection distance A away from the mooring point 8th removed, but mirrored at the cutting edge with respect to the latter 7 is appropriate.
Die Massestelle 8 kann etwa in der Mitte der Querabmessung L des Ausschnitts 3 gestaltet sein und zur Gestaltung der hochfrequent wirksamen Verbindung des Antennenelements 5 mit dem Ausschnittrand 7 der Fahrzeugkarosserie 2 kann das kapazitiv leitende Element 15 als eine auf diese isoliert aufgebrachte kapazitiv wirksame Massefläche 16 hergestellt sein.The Massestelle 8th can be approximately in the middle of the transverse dimension L of the detail 3 be designed and the design of the high-frequency effective connection of the antenna element 5 with the cutting edge 7 the vehicle body 2 may be the capacitive conducting element 15 as a capacitively effective ground plane applied to it in isolation 16 be prepared.
für den zusätzlichen Rundfunkempfang im Lang-Mittel- und Kurzwellenbereich (LMK) kann der Masseleiter 9 in diesem Frequenzbereichen über ein kapazitiv leitendes Element 15 mit dem Ausschnittrand 7 hochfrequenzmäßig verbunden sein, welches im UKW-Frequenzbereich hinreichend niederohmig, jedoch im LMK-Frequenzbereich ausreichend hochohmig ist.for additional radio reception in the long-medium and short-wave range (LMK), the ground conductor 9 in this frequency range via a capacitive conducting element 15 with the cutting edge 7 be connected in high frequency, which is sufficiently low impedance in the FM frequency range, but sufficiently high impedance in the LMK frequency range.
Der flächenhafte dielektrische Kunststoffträger 4 kann als elektrisch leitend beschichtete Kunststofffolie 22 gestaltet sein und in Länge und Breite größer gewählt sein als der Karosserie-Ausschnitt 3 und auf der Kunststofffolie 22 kann ein das Antennenelement 5 im Randabstand R – mit seinem inneren Rand kongruent zum Ausschnittrand 7 – als umlaufender elektrisch leitender Rahmen 21 gebildet sein, durch dessen Kapazität zur Fahrzeugkarosserie 2 der hochfrequent wirksame Masseanschluss sowohl für den Masseleiter 9 an der Massestelle 8 als auch für den Verstärker-Masseanschluss 19 gebildet ist.The planar dielectric plastic carrier 4 can be used as electrically conductive coated plastic film 22 be designed and chosen to be larger in length and width than the body neckline 3 and on the plastic film 22 can be an antenna element 5 at edge distance R - with its inner edge congruent to the cutting edge 7 - As a circulating electrically conductive frame 21 be formed by its capacity to the vehicle body 2 the high-frequency ground connection for both the ground conductor 9 at the Massestelle 8th as well as for the amplifier ground connection 19 is formed.
Entlang dem elektrisch leitenden Rahmen 21 und unter dessen Einbeziehung als Masseleiter kann zur Überbrückung des Anschlussabstands A eine vorzugsweise coplanare elektrische Leitung 23 zwischen der Massestelle 8 und dem Ort der Verstärkeranschlussstelle 11 auf den Kunststoffträger 4 gedruckt sein und die elektrische Leitung 23 kann an dieser Stelle mit einem Blindelement 24 in der Weise abgeschlossen sein, dass an der Massestelle 8, also am anderen Ende der Leitung 23, ein niedriger Blindwiderstand zur hochfrequenzmäßigen Verbindung des Antennenelements 5 – über den Masseleiter 9 – mit dem Ausschnittrand 7 vorhanden ist.Along the electrically conductive frame 21 and with its inclusion as a grounding conductor, a preferably coplanar electrical line can be used to bridge the connection distance A. 23 between the Massestelle 8th and the location of the repeater junction 11 on the plastic carrier 4 be printed and the electrical line 23 can at this point with a dummy element 24 be completed in the way that at the Massestelle 8th at the other end of the line 23 , a low reactance to the high-frequency connection of the antenna element 5 - over the ground conductor 9 - with the cutting edge 7 is available.
An Stelle des Blindelements 24 kann eine Schaltung aus mehreren Blindelementen vorhanden sein und die kurze Überbrückung 10 kann durch Blindelemente in der Weise gestaltet sein, dass sowohl im Frequenzbereich des UKW-Rundfunks im Frequenzbereich ca. 76 MHz–108 MHz als auch in den Frequenzbereichen des Digital Audio Broadcast DAB (VHF) im Frequenzbereich ca. 174 MHz–240 MHz und des terrestrischen Fernsehrundfunks TV (UHF) im Frequenzbereich ca. 450 MHz–800 MHz an der Massestelle 8 – also am anderen Ende der Leitung 23 – ein niedriger Blindwiderstand zur hochfrequenzmäßigen Verbindung der Massestelle 8 am Antennenelement 5 über den Masseleiter 9 mit dem Ausschnittrand 7 gegeben ist.In place of the Blindelements 24 There may be a circuit of several reactive elements and the short bypass 10 can be designed by dummy elements in such a way that both in the frequency range of FM broadcasting in the frequency range about 76 MHz-108 MHz and in the frequency ranges of the Digital Audio Broadcast DAB (VHF) in the frequency range about 174 MHz-240 MHz and the terrestrial television broadcasting TV (UHF) in the frequency range approx. 450 MHz-800 MHz at the metering point 8th - at the other end of the line 23 - A low reactance to the high-frequency connection of the control point 8th at the antenna element 5 over the ground conductor 9 with the cutting edge 7 given is.
Zur Anbringung des Antennenverstärkers (12) an einem von der Verstärkeranschlussstelle (11, 11a) um den Versetzungsabstand V entlang dem elektrisch leitenden Rahmen (21) versetzten Ort der Verstärkeranbringung (25) am Ausschnittrand (7) kann zur Überbrückung des Versetzungsabstands V eine coplanare kapazitätsarme elektrische Leitung (23) unter Einbeziehung des elektrisch leitenden Rahmens (21) als Masseleiter gebildet sein, welche an ihrem einen Ende mit dem Verstärker-Eingangsanschluss (18) und am anderen Ende mit der Verstärkeranschlussstelle (11, 11a) verbunden ist.For attaching the antenna amplifier ( 12 ) at one of the amplifier connection point ( 11 . 11a ) by the displacement distance V along the electrically conductive frame ( 21 ) staggered location of the amplifier attachment ( 25 ) at the cutting edge ( 7 ) can be used to bridge the offset distance V a coplanar low-capacity electrical line ( 23 ) incorporating the electrically conductive frame ( 21 ) may be formed as a ground conductor, which at its one end to the amplifier input terminal ( 18 ) and at the other end with the amplifier connection point ( 11 . 11a ) connected is.
Am Ort der Verstärkeranbringung 25 kann eine an dem dielektrischen Kunststoffträger 4 befestigte Leiterplatte 26 als Träger des Antennenverstärkers 12 und des Blindelements 24 bzw. der aus mehreren Blindelementen bestehenden Schaltung vorhanden sein.At the location of the amplifier attachment 25 may be one on the dielectric plastic carrier 4 attached circuit board 26 as a carrier of the antenna amplifier 12 and the blinking element 24 or the circuit consisting of several reactive elements may be present.
Das Antennenelement 5 kann an einem seiner langen Enden verkürzt sein und in der verbleibenden Fläche kann eine von dem Antennenelement 5 getrennte, flächige, auf dem dielektrischen Kunststoffträger 4 aufgebrachte Monopolantenne 27 mit daran angeschlossenem Antennenverstärker 28b für den TV-Rundfunk als leitende Struktur gebildet sein, deren Fußpunktanschluss 17b und deren TV-Antennenverstärker 28b auf der Leiterplatte 26 ausgeführt sind.The antenna element 5 may be shortened at one of its long ends and in the remaining area may be one of the antenna element 5 separate, flat, on the dielectric plastic carrier 4 applied monopole antenna 27 with connected antenna amplifier 28b be formed for the television broadcasting as a conductive structure, whose Fußpunktanschluss 17b and their TV antenna amplifier 28b on the circuit board 26 are executed.
Zur Gestaltung einer weiteren Monopolantenne 27a für den TV-Rundfunk, deren Fußpunktanschluss 17b und deren TV-Antennenverstärker 28b auf der Leiterplatte 26 gestaltet sind, kann das Antennenelement 5 einen entsprechenden Flächenausschnitt 29 besitzen, innerhalb dessen die Monopolantenne 27a auf dem dielektrischen Kunststoffträger 4 als leitende Struktur aufgebracht ist.To design a further monopole antenna 27a for the TV-Rundfunk, whose Fußpunktanschluss 17b and their TV antenna amplifier 28b on the circuit board 26 are designed, the antenna element 5 a corresponding surface section 29 within which the monopole antenna 27a on the dielectric plastic carrier 4 is applied as a conductive structure.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele in den Figuren weiter erläutert. Es zeigen:The invention is further explained below with reference to some embodiments in the figures. Show it:
1: Aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung in einem Karosserie-Ausschnitt 3 mit der Ausschnittlänge L und der Ausschnittbreite B einer elektrisch leitenden Fahrzeugkarosserie 2. Der dielektrische Kunststoffträger 4 ist in den Karosserie-Ausschnitts 3 eingebracht und trägt das flächige Antennenelement 5, welches den Ausschnitt bis auf den Randabstand R ausfüllt. Das Antennenelement 5 ist an der Massestelle 8 mit der Fahrzeugkarosserie 2 verbunden. Im Abstand A ist der Antennenverstärker 12 als aktiver Teil der aktiven Antennenanordnung 1 eingangsseitig an der Verstärkeranschlussstelle 11 mit seiner hochohmigen Eingangsimpedanz ZE 14 angeschlossen. 1 : Active antenna arrangement 1 according to the invention in a body neckline 3 with the cut length L and the cut width B of an electrically conductive vehicle body 2 , The dielectric plastic carrier 4 is in the body detail 3 introduced and carries the planar antenna element 5 which fills the cutout to the edge distance R. The antenna element 5 is at the Massestelle 8th with the vehicle body 2 connected. At the distance A is the antenna amplifier 12 as an active part of the active antenna arrangement 1 on the input side at the amplifier connection point 11 with its high-impedance input impedance ZE 14 connected.
2: Aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung ähnlich wie in 1, jedoch mit Bildung des Masse-Anschlusses des Antennenelements 5 bei der Massestelle 8 an die Fahrzeugkarosserie 2 durch ein kapazitiv leitendes Element 15. Dieses ist durch eine kapazitiv wirksame und von der Fahrzeugkarosserie 2 isolierte Massefläche 16 gestaltet. 2 : Active antenna arrangement 1 according to the invention similar to in 1 , but with formation of the ground terminal of the antenna element 5 at the Massestelle 8th to the vehicle body 2 by a capacitive conducting element 15 , This is by a capacitive and the vehicle body 2 isolated ground plane 16 designed.
3: Aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung ähnlich wie in 2 jedoch mit einem weiteren Antennenverstärker 13 mit hochohmiger Eingangsimpedanz ZE 14 für Antennendiversity. Der Kunststoffträger 4 ist in Länge und Breite größer gewählt als der Karosserie-Ausschnitt (3) und auf der Kunststofffolie (22) ist ein das Antennenelement (5) im Randabstand R – mit seinem inneren Rand im Wesentlichen kongruent zum Ausschnittrand (7) – umlaufender elektrisch leitender Rahmen (21) mit ausreichender Rahmenbreite RB und mit ausreichender Rahmenlänge RL gebildet. Der auf dem Kunststoffträger 4 das Antennenelement 5 im Randabstand R umlaufende elektrisch leitende Rahmen 21 ist durch die so entstandene Überdeckung mit der Fahrzeugkarosserie 2 kapazitiv verbunden. Der weitere Antennenverstärker 13 ist in einem etwa gleichen Anschlussabstand A von der Massestelle 8, jedoch in Bezug auf letztere gespiegelt am Ausschnittrand 7 angebracht. Beide Antennenverstärker 12, 13 sind jeweils auf einer Leiterplatte 26 aufgebaut, auf welcher der Verstärker-Masseanschluss 19 über die elektrische Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie 2 gestaltet ist. 3 : Active antenna arrangement 1 according to the invention similar to in 2 however, with another antenna amplifier 13 with high impedance input impedance ZE 14 for antenna diversity. The plastic carrier 4 is chosen larger in length and width than the body cutout ( 3 ) and on the plastic film ( 22 ) is an antenna element ( 5 ) at the edge distance R - with its inner edge substantially congruent to the cutting edge ( 7 ) - Circumferential electrically conductive frame ( 21 ) with sufficient frame width RB and with sufficient frame length RL. The on the plastic carrier 4 the antenna element 5 in the edge distance R circumferential electrically conductive frame 21 is due to the resulting coverage with the vehicle body 2 capacitively connected. The other antenna amplifier 13 is at about the same connection distance A from the measurement point 8th , but with respect to the latter mirrored at the cutting edge 7 appropriate. Both antenna amplifiers 12 . 13 are each on a circuit board 26 constructed on which the amplifier ground connection 19 via the electrical connection with the vehicle body 2 is designed.
4: Aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung ähnlich wie in 3 jedoch mit Herstellung der elektrisch niederohmigen Masseverbindung an der Massestelle 8 mithilfe der niederohmigen Eingangsimpedanz einer elektrischen Leitung 23. Der Anschlussabstands A ist durch die – entlang dem inneren Rand des Rahmens 21 als Masse geführte – unsymmetrische coplanare elektrische Leitung 23 zwischen der Massestelle 8 und dem Ort der Verstärkeranschlussstelle 11 überbrückt, welche auf den Kunststoffträger 4 gedruckt ist. Ein kapazitives Blindelement 24 auf der Leiterplatte 26 bewirkt am Eingang der Leitung 23 einen niederohmigen Eingangs-Blindwiderstand, welche die Massestelle 8 mit dem Rahmen 21 und somit über dessen Kapazität mit der Fahrzeugkarosserie 2 verbindet. Mit dem induktiven Blindelement 30 – z. B. auf den dielektrischen Kunststoffträger aufgedruckt – kann die Anbindung der Massestelle 8 z. B. im UKW-Frequenzbereich frequenzselektiv perfektioniert werden. 4 : Active antenna arrangement 1 according to the invention similar to in 3 however, with production of the electrically low-impedance ground connection at the ground point 8th using the low impedance input impedance of an electrical line 23 , The connection distance A is through - along the inner edge of the frame 21 as a mass-guided - unbalanced coplanar electrical line 23 between the Massestelle 8th and the location of the repeater junction 11 bridged, which on the plastic carrier 4 is printed. A capacitive dummy element 24 on the circuit board 26 causes at the entrance of the line 23 a low-impedance input reactance, which is the Massestelle 8th with the frame 21 and thus its capacity with the vehicle body 2 combines. With the inductive dummy element 30 - z. B. imprinted on the dielectric plastic carrier - can the connection of the control point 8th z. B. be frequency-selectively perfected in the FM frequency range.
5: a) Aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung ähnlich wie in 4 mit den Breitband-Antennenverstärkern 28 und 28a zum Beispiel jeweils für die Frequenzen des UKW-, DAB-, VHF-, TV- Rundfunks und für die Anwendung für Antennendiversity-Technologien. Für die Bildung einer zusätzlichen Antenne für den TV-Rundfunk ist das Antennenelement 5 an einem der langen Enden verkürzt und es ist eine auf den dielektrischen Kunststoffträger 4 aufgebrachte Monopolantenne 27 als leitende Struktur mit Fußpunktanschluss 17 zur Leiterplatte 26 gebildet. b) wie a), jedoch mit Einschnitt im Antennenelement 5 zur Gestaltung der geeignet niederohmigen Impedanz an der Massestelle 8 mit Hilfe der Leitung 23. 5 : a) Active antenna arrangement 1 according to the invention similar to in 4 with the broadband antenna amplifiers 28 and 28a for example for the frequencies of the VHF, DAB, VHF, TV broadcasting and for the application for antenna diversity technologies. For the formation of an additional antenna for TV broadcasting is the antenna element 5 shortened at one of the long ends and it is one on the dielectric plastic carrier 4 applied monopole antenna 27 as a senior Structure with base connection 17 to the circuit board 26 educated. b) as a), but with an incision in the antenna element 5 for designing the suitable low-impedance impedance at the ground point 8th with the help of the line 23 ,
6: Aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung ähnlich wie in 5 jedoch für den Fall eines durch die Fahrzeugtechnik vorgegebenen Ortes der Verstärkeranbringung 25, 25a und einer jeweils davon abweichenden – entlang des Ausschnittrands 7 um den Versetzungsabstand V versetzten – Verstärkeranschlussstelle 11, 11a am Antennenelement 5. Die Überbrückung des Versetzungsabstands V erfolgt jeweils durch eine kapazitätsarme unsymmetrische coplanare elektrische Leitung 23 entlang dem inneren Rand des elektrisch leitenden Rahmens 21 und unter dessen Nutzung als Masseleiter dieser elektrischen Leitung 23. Für die Gestaltung einer weiteren Monopolantenne 27a für den TV-Rundfunk besitzt das Antennenelement 5 einen entsprechenden Flächenausschnitt 29, innerhalb dessen die Monopolantenne 27a auf dem dielektrischen Kunststoffträger 4 als leitende Struktur aufgebracht ist. Der Fußpunktanschluss 28a der Monopolantenne 27a an den dazugehörigen TV-Antennenverstärker 28a ist auf der Leiterplatte 26 gestaltet. 6 : Active antenna arrangement 1 according to the invention similar to in 5 however, in the case of a location of the booster attachment predetermined by the vehicle technology 25 . 25a and one each deviating - along the cutting edge 7 offset by the offset distance V - amplifier junction 11 . 11a at the antenna element 5 , The bridging of the offset distance V takes place in each case by a low-capacitance, unbalanced coplanar electrical line 23 along the inner edge of the electrically conductive frame 21 and under its use as a ground conductor of this electrical line 23 , For the design of another monopole antenna 27a for TV broadcasting has the antenna element 5 a corresponding surface section 29 , within which the monopole antenna 27a on the dielectric plastic carrier 4 is applied as a conductive structure. The base point connection 28a the monopole antenna 27a to the associated TV antenna amplifier 28a is on the circuit board 26 designed.
7: Beispielhafte Beschreibung der Eingangs-Schaltung eines Antennenverstärkers 12 mit hochohmiger Eingangsimpedanz ZE 14 am Verstärker-Eingangsanschluss 18 als aktiver Teil einer aktiven Antennenanordnung 1 nach der Erfindung. Beispiele einer Eingangsschaltungen mit einem verstärkenden aktiven Dreipol – auch als möglicher Bestandteil einer integrierten Halbleiterschaltung (IC) – bestehend aus einem hochohmigen Steueranschluss G (Gate, Basis) einem Quellenanschluss S (Source, Emitter) und einem Senkenanschluss S (Drain, Kollektor).
- a) mit Auskopplung der Signale am Senkenanschluss (gestrichelter Pfeil) zur weiterführenden Verstärkerschaltung und mit einer Gegenkopplungs-Impedanz GK zur Linearisierung.
- b) mit Auskopplung der Signale (gestrichelter Pfeil) am Quellenanschluss zur weiterführenden Verstärkerschaltung und mit einer Gegenkopplungs-Impedanz GK – dargestellt durch die Eingangsimpedanz der weiterführenden Verstärkerschaltung – zur Linearisierung.
7 : Exemplary description of the input circuit of an antenna amplifier 12 with high impedance input impedance ZE 14 at the amplifier input terminal 18 as an active part of an active antenna arrangement 1 according to the invention. Examples of an input circuit with a reinforcing active three-pole - also as a possible component of a semiconductor integrated circuit (IC) - consisting of a high-impedance control terminal G (gate, base) a source terminal S (source, emitter) and a drain terminal S (drain, collector). - a) with decoupling of the signals at the drain terminal (dashed arrow) to the secondary amplifier circuit and with a negative feedback impedance GK for linearization.
- b) with coupling of the signals (dashed arrow) at the source terminal to the secondary amplifier circuit and with a negative feedback impedance GK - represented by the input impedance of the secondary amplifier circuit - for linearization.
Bei Personenkraftwagen mit den üblichen Abmessungen können Karosserie-Ausschnitte 3 in der Weise gewählt werden, dass zum Beispiel die Ausschnittlänge L > 70 cm, die Ausschnittbreite B > 15 cm und der Randabstand R > 2 cm gewählt sind und der Antennenverstärker 12 in einem Anschlussabstand A > 20 cm längs des Ausschnittrands 7 entfernt von der Massestelle 8 angebracht ist. Andererseits können konstruktive fahrzeugtechnische Vorgaben bedingen, dass zumindest einige der angegebenen Abmessungen nicht wesentlich größer als oben angegeben gewählt werden können. Die mit einer Antenne in einem Ausschnitt der vorgegebenen Art verbundene Strahlung ist bei Ausschnittlängen L merklich unter der Halbwellenresonanz wesentlich durch die Ströme am Ausschnittrand 7 bestimmt. Im Frequenzbereich des UKW-Rundfunks wird deshalb aufgrund der zu kleinen Ausschnittlänge L die Eigenresonanz des Karosserie-Ausschnitts nicht erreicht. Der mit einer aktiven Antennenanordnung 1 nach der Erfindung erreichte Fortschritt ergibt sich vorteilhaft aus dem in der Frequenz breitbandigen Zusammenwirken der an der Verstärkeranschlussstelle 11 vorliegenden Antennenimpedanz ZA mit dem dort angeschlossenen Antennenverstärker 12 mit hochohmiger Eingangsimpedanz ZE 14. Die hochohmige Eingangsimpedanz ZE 14 beschreibt hierbei den Betrag der Eingangsimpedanz ZE, welcher sich aus deren Blind- und Wirkkomponente ergibt und im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglichst groß gefordert ist, wobei dem Verhältniß von Wirk- zu Blindanteil keine wesentliche Bedeutung zukommt. Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil der größeren Frequenzbandbreite unter Anwendung eines Antennenverstärker 12 mit hochohmiger Eingangsimpedanz ZE 14 gegenüber der Anwendung eines Antennenverstärker 12 mit standardisiertem, reellem Eingangswiderstand von ZO = 50 Ohm zeigt sich bereits bei einer hochohmigen Eingangsimpedanz ZE 14 von ZE > 150 Ohm. Besonders große Frequenzbandbreiten lassen sich z. B. jedoch mit einer im Wesentlichen kapazitiv hochohmigen Eingangsimpedanz ZE 14 des Antennenverstärkers 12 erzielen. Vorteilhaft große Frequenzbandbreiten lassen sich erfindungsgemäß im Zusammenwirken mit dem Antennenverstärker 12 durch Abstimmung der oben angegebenen Abmessungen und insbesondere auch durch Wahl eines geeigneten Abschlussabstands A erzielen. Der Wahl des Anschlussabstands A zwischen der Verstärkeranschlussstelle 11 und der Massestelle 8, an welcher das Antennenelement 5 an die Fahrzeugkarosserie 2 über die kurze Überbrückung 10 durch den Masseleiter 9 elektrisch angebunden ist, kommt in Bezug auf das Frequenzverhalten der Antennenimpedanz ZA eine besondere Bedeutung zu. Dabei lässt sich erreichen, dass der Blindanteil der Antennenimpedanz ZA sich über das gesamte UKW-Frequenzband nahezu wie eine von der Frequenz unabhängige Induktivität verhält und der Realteil – und daraus resultierend – die Erregung der Antenne, repräsentiert durch deren effektive Höhe, weitgehend frequenzunabhängig ist. Mit der vorliegenden Erfindung ist der besondere Vorteil verbunden, dass an dem Zusammenwirken der Antennenimpedanz ZA mit der hinreichend hochohmigen Eingangsimpedanz ZE 14 – in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, repräsentiert z. B. durch eine entsprechend kleine Kapazität am Eingang des Antennenverstärkers 12 – die Frequenzabhängigkeit des Blindanteils der Antennenimpedanz ZA praktisch keine Wirkung auf das Empfangsverhalten der aktiven Antennenanordnung 1 hat. Hieraus ergibt sich der erfindungsgemäße Vorteil der besonderen Frequenzbandbreite der aktiven Antennenanordnung 1 im Karosserie-Ausschnitt 3, auch wenn dieser Ausschnitt bei einer niedrigeren als seiner Eigenresonanzfrequenz betrieben ist. Mit den im Fahrzeugbau üblichen Antennenverstärkern mit deren Eingangsimpedanz von ZO = 50 Ohm lassen sich diese Vorteile nicht erreichen.For passenger cars with the usual dimensions, body cutouts 3 be selected in such a way that, for example, the cut length L> 70 cm, the cut width B> 15 cm and the edge distance R> 2 cm are selected and the antenna amplifier 12 at a connection distance A> 20 cm along the cutting edge 7 away from the Massestelle 8th is appropriate. On the other hand, structural vehicle specifications may require that at least some of the specified dimensions can not be chosen to be significantly greater than stated above. The radiation associated with an antenna in a cut-out of the predetermined type is significantly lower at half-length L than half-wave resonance by the currents at the cut-out edge 7 certainly. In the frequency range of VHF broadcasting, therefore, the natural resonance of the body detail is not achieved due to the too small clip length L. The one with an active antenna arrangement 1 Progress achieved according to the invention results advantageously from the broadband frequency interaction at the amplifier connection point 11 present antenna impedance ZA with the antenna amplifier connected there 12 with high impedance input impedance ZE 14 , The high-impedance input impedance ZE 14 in this case describes the amount of the input impedance ZE, which results from their reactive and reactive components and is required to be as large as possible in the context of the present invention, wherein the ratio of active to reactive component is of no essential importance. The achievable with the invention advantage of the greater frequency bandwidth using an antenna amplifier 12 with high impedance input impedance ZE 14 towards the application of an antenna amplifier 12 with a standardized, real input resistance of ZO = 50 ohms already shows with a high-impedance input impedance ZE 14 from ZE> 150 ohms. Particularly large frequency bandwidths can be z. B. but with a substantially capacitive high impedance input impedance ZE 14 of the antenna amplifier 12 achieve. Advantageously, large frequency bandwidths can be inventively in cooperation with the antenna amplifier 12 by matching the dimensions given above, and in particular by choosing a suitable termination distance A achieve. The choice of the connection distance A between the amplifier connection point 11 and the Massestelle 8th to which the antenna element 5 to the vehicle body 2 about the short bridge 10 by the mass leader 9 is electrically connected, in relation to the frequency response of the antenna impedance ZA is of particular importance. In this case, it can be achieved that the reactive component of the antenna impedance ZA behaves almost like a frequency-independent inductance over the entire VHF frequency band and the real part - and as a result - the excitation of the antenna, represented by its effective height, is largely frequency-independent. The present invention has the particular advantage that the interaction of the antenna impedance ZA with the sufficiently high-impedance input impedance ZE 14 - In a particularly advantageous embodiment, z. B. by a correspondingly small capacitance at the input of the antenna amplifier 12 - The frequency dependence of the reactive component of the antenna impedance ZA practical no effect on the reception behavior of the active antenna arrangement 1 Has. This results in the advantage according to the invention of the particular frequency bandwidth of the active antenna arrangement 1 in the body neckline 3 Even if this section is operated at a lower than its natural resonant frequency. With the antenna amplifiers customary in vehicle construction with their input impedance of ZO = 50 ohms, these advantages can not be achieved.
1 zeigt eine aktive Antennenanordnung 1 in der Grundform der Erfindung. Für die Bildung einer in die elektrisch leitende Fahrzeughaut integrierten aktiven Antennenanordnung 1 bietet sich bei Personenwagen fahrzeugtechnisch vor allem ein Karosserie-Ausschnitt 3 im Bereich des Daches bzw. des Kofferraumdeckels an. Der Karosserie-Ausschnitt 3 in der Fahrzeugkarosserie 2 ist mit einem dielektrischen Kunststoffträger 4 als Träger elektrisch leitender Strukturen ausgekleidet. Dieser kann den Karosserie-Ausschnitt 3 ausfüllen oder über den Ausschnittrand 7 hinausgehend überdecken. Der Kunststoffträger 4 kann somit äußerst vorteilhaft zum Beispiel durch eine leitend beschichtete Kunststofffolie oder gar durch eine Leiterplatte, oder gegebenenfalls sogar als elektrisch leitend beschichtete Glasscheibe gestaltet sein. Die aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung ist als aktive Antenne konzipiert. Ihre Funktion ist maßgeblich durch das Zusammenwirken des passiven Antennenteils – umfassend das Antennenelement 5, welches an der Massestelle 8 über eine kurze Überbrückung 10 durch einen Masseleiter 9 mit der Fahrzeugkarosserie 2 elektrisch verbunden ist und die kurze Überbrückung 10 an der Verstärkeranschlussstelle 11 – mit dem daran angeschlossen Antennenverstärker 12 als aktiven Antennenteil bestimmt. Die Antennenimpedanz ZA des passiven Antennenteils bildet sich in der Hauptsache aus den Abmessungen des Karosserie-Ausschnitts 3 mit der Ausschnittlänge L quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs, der Ausschnittbreite B längs der Fahrtrichtung, den Abmessungen des flächenhaft elektrisch leitenden Antennenelements 5, welches mit seiner Berandung 6 bis auf einen Randabstand R an den Ausschnittrand 7 heranreicht, dem Randabstand R selbst und vor allem auch aus dem Anschlussabstand A zwischen der Massestelle 8 und der Verstärkeranschlussstelle 11 bei hinreichender Induktionsfreiheit des Masseleiters 9 zur Herstellung der Masseverbindung an die Fahrzeugkarosserie 2 an der Massestelle 8. Für die Erreichung der Breitbandkeit der aktiven Antennenanordnung 1 ist das Vorhandensein eines breitbandigen Antennenverstärkers 12 mit einer hochohmigen Eingangsimpedanz für die Erfindung wesentlich. Hieraus ergibt sich im Zusammenwirken der Antennenimpedanz ZA mit dieser hochohmigen Eingangsimpedanz ZE 14 die äußerst vorteilhafte Möglichkeit, den Empfangs-Frequenzbereich zu höheren Frequenzen hin auszuweiten und z. B. den Empfang des DAB-Rundfunks im VHF-Frequenzbereich und darüber hinaus des TV-Rundfunks im UHF-Frequenzbereich zu ermöglichen. Antennenverstärker 12 mit hochohmiger Eingangsimpedanz ZE 14 und großer Frequenzbandbreite, wie sie in der vorliegenden Erfindung beispielhaft vorgesehen sind, sind zum Beispiel bekannt aus der DE 101 14 769 B4 . Diese Technologire erlaubt es z. B., die Eingangskapazität von < 5pF für solche Antennenverstärker 12 zu realisieren. 1 shows an active antenna arrangement 1 in the basic form of the invention. For the formation of an active antenna arrangement integrated in the electrically conductive vehicle skin 1 offers in passenger cars vehicle technology especially a body neckline 3 in the area of the roof or the trunk lid. The body neckline 3 in the vehicle body 2 is with a dielectric plastic carrier 4 lined as a carrier of electrically conductive structures. This can be the body neckline 3 fill out or over the cutting edge 7 cover out. The plastic carrier 4 can thus be designed extremely advantageous for example by a conductive coated plastic film or even by a printed circuit board, or possibly even as electrically conductive coated glass. The active antenna arrangement 1 according to the invention is designed as an active antenna. Their function is determined by the interaction of the passive antenna part - comprising the antenna element 5 , which at the Massestelle 8th over a short bridge 10 by a ground leader 9 with the vehicle body 2 electrically connected and short bridging 10 at the amplifier connection point 11 - with the antenna amplifier connected to it 12 determined as active antenna part. The antenna impedance ZA of the passive antenna part is formed mainly by the dimensions of the body section 3 with the cut length L transverse to the direction of travel of the vehicle, the cut width B along the direction of travel, the dimensions of the planar electrically conductive antenna element 5 which with its border 6 to an edge distance R to the cutting edge 7 comes close to the edge distance R itself and above all from the connection distance A between the mating point 8th and the amplifier connection point 11 with sufficient induction freedom of the ground conductor 9 for producing the ground connection to the vehicle body 2 at the Massestelle 8th , For achieving the broadbandity of the active antenna arrangement 1 is the presence of a broadband antenna amplifier 12 with a high impedance input impedance for the invention essential. This results in the interaction of the antenna impedance ZA with this high-impedance input impedance ZE 14 the extremely advantageous possibility to expand the receiving frequency range to higher frequencies and z. B. to allow the reception of DAB broadcasting in the VHF frequency range and beyond the TV broadcasting in the UHF frequency range. antenna amplifier 12 with high impedance input impedance ZE 14 and large frequency bandwidth, as exemplified in the present invention, are known, for example from the DE 101 14 769 B4 , This technology allows z. For example, the input capacitance of <5pF for such antenna amplifiers 12 to realize.
Der Eingangswiderstand der in der Fahrzeugtechnik üblichen Antennenverstärker ist in der Regel an den genormten Wellenwiderstand von ZO = 50 Ohm der im Fahrzeug verwendeten Antennenleitungen angepasst. Mit solchen herkömmlichen Antennenverstärkern lässt sich die mit der Erfindung vorliegende Aufgabe der breitbandigen Abdeckung einer Vielzahl von Rundfunkdienste nicht zufriedenstellend erreichen. Die Eigenschaft der hochohmig Eingangsimpedanz ZE 14 wird bei Antennenverstärkern 12 durch eine Eingangsschaltung erreicht, wie sie beispielhaft in den 7a bzw. 7b skizziert ist. Zur Erreichung einer möglichst kleinen Eingangskapazität ist der Verstärker-Eingangsanschluss 18 möglichst kapazitätsarm mit der Verstärker Anschlussstelle 11 verbunden. Hierzu ist im Antennenverstärker 12 eingangsseitig ein verstärkendes Element mit hochohmigem Steueranschluss 31 – umfassend einen Steueranschluss G (Feldeffekttransistoren=Gate, Basis), einen Quellenanschluss S (Feldeffekttransistoren=Source, Bipolartransistor=Emitter) und einen Senkenanschluss D (Feldeffekttransistoren=Drain, Bipolartransistor=Kollektor) – vorhanden und sein Steueranschluss G ist zur Erreichung der hochohmigen Eingangsimpedanz ZE 14 mit dem Verstärker-Eingangsanschluss 18 verbunden. Besonders hohe Eingangsimpedanzen ZE 14 können mit verstärkenden Elementen vom Charakter eines Feldeffekttransistors (FET) erreicht werden. Mit Feldeffekttransistoren in Gallium-Arsenid-Technologien ist eine kleine Eingangskapazität von bis zu 0,2 pF erreichbar. Auch mit Bipolartransistoren als verstärkendes Element mit hochohmigem Steueranschluss 31 können hochohmige Eingangsimpedanzen ZE 14 mit ZE > 10·ZO = 600 Ohm im UKW-Frequenzbereich und Frequenzen darüber erreicht werden.The input resistance of the usual in automotive antenna amplifier is usually adapted to the standard impedance of ZO = 50 ohms of the antenna cables used in the vehicle. With such conventional antenna amplifiers, the present invention with the object of broadband coverage of a variety of broadcasting services can not be satisfactorily achieved. The characteristic of the high-impedance input impedance ZE 14 becomes with antenna amplifiers 12 achieved by an input circuit, as exemplified in the 7a respectively. 7b outlined. To achieve the smallest possible input capacitance is the amplifier input terminal 18 as low as possible with the amplifier connection point 11 connected. This is in the antenna amplifier 12 On the input side, a reinforcing element with a high-impedance control connection 31 Comprising a control terminal G (field effect transistors = gate, base), a source terminal S (field effect transistors = source, bipolar transistor = emitter) and a drain terminal D (field effect transistors = drain, bipolar transistor = collector) - present and its control terminal G is to achieve the high impedance input impedance ZE 14 with the amplifier input terminal 18 connected. Particularly high input impedances ZE 14 can be achieved with amplifying elements of the character of a field effect transistor (FET). With field effect transistors in gallium arsenide technologies, a small input capacitance of up to 0.2 pF can be achieved. Also with bipolar transistors as a reinforcing element with a high-impedance control connection 31 can high-impedance input impedances ZE 14 with ZE> 10 · ZO = 600 ohms in the FM band and frequencies above it.
Die Weiterführung des Empfangssignals im Antennenverstärker 12 nach der Eingangsstufe ist gestrichelt angedeutet. Zur Verbesserung der bei Breitbandigkeit des Antennenverstärkers 12 häufig geforderten Linearität ist beispielhaft eine Gegenkopplung GK vorgesehen, welche in 7a im Source-Zweig als linearer Widerstand GK und in 7a als hochohmige Eingangsimpedanz GK der weiterführenden Verstärkerschaltung dargestellt ist. Die Gegenkopplung GK im Source-Zweig unterstützt zusätzlich in vorteilhafter Weise die Hochohmigkeit der in dieser Ausführung überwiegend kapazitven Eingangsimpedanz ZE 14 des Antennenverstärkers 12. Der Frequenzgang des Antennenverstärker 18 zwischen dem Verstärker-Eingangsanschluss 18 und dem Verstärker-Ausgang 20 kann mit modernen Halbleiterverstärkern bis zu hohen Frequenzen eben gestaltet werden. Für die kostengünstige Massenherstellung sind integrierte elektronische Schaltungen IC für solche Verstärkerschaltungen in hohem Maße geeignet.The continuation of the received signal in the antenna amplifier 12 after the input stage is indicated by dashed lines. To improve the bandwidth of the antenna amplifier 12 frequently required linearity is exemplified a negative feedback GK provided, which in 7a in the source branch as linear resistor GK and in 7a is shown as a high-impedance input impedance GK of the secondary amplifier circuit. The negative feedback GK in the source branch additionally advantageously supports the high resistance of the capacitors in this embodiment Input impedance ZE 14 of the antenna amplifier 12 , The frequency response of the antenna amplifier 18 between the amplifier input terminal 18 and the amplifier output 20 can be designed with modern semiconductor amplifiers up to high frequencies. For cost-effective mass production, integrated electronic circuits IC are highly suitable for such amplifier circuits.
Bei Frequenzen unterhalb des UKW-Frequenzbereichs, wie zum Beispiel dem AM- und KW-Frequenz-Bereich (LMK) kann – wie in 2 dargestellt – das Antennenelement 5 als kapazitives Empfangselement wirken. Zur Ermöglichung des Empfangs dieser Rundfunkdienste wird erfindungsgemäß die elektrische Verbindung zwischen der Massestelle 8 durch ein kapazitiv leitendes Element 15 mit möglichst kleiner, jedoch für den UKW-Frequenzbereich hinreichend großer Kapazität ersetzt. Dieses Element kann vorteilhaft durch eine von der Fahrzeugkarosserie 2 isolierte kapazitiv wirksame Massefläche 16 realisiert sein. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine oft kompliziert herzustellende galvanische Verbindung des Masseleiters 9 mit der Fahrzeugkarosserie 2 entfallen. Die Masse des Antennenverstärkers 12 ist über seine Leiterplatte 26 bezogen, welche ihrerseits elektrisch mit der Fahrzeugkarosserie 2 bezüglich der Masse verbunden ist.At frequencies below the FM frequency range, such as the AM and KW frequency range (LMK), as in 2 shown - the antenna element 5 act as a capacitive receiving element. To enable the reception of these broadcasting services according to the invention, the electrical connection between the Massestelle 8th by a capacitive conducting element 15 with the smallest possible, but for the FM frequency range sufficiently large capacity replaced. This element may be advantageous by one of the vehicle body 2 isolated capacitive ground plane 16 be realized. In this way, advantageously a often complicated to produce galvanic connection of the ground conductor 9 with the vehicle body 2 omitted. The mass of the antenna amplifier 12 is over his circuit board 26 related, which in turn electrically connected to the vehicle body 2 related to the mass.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der dielektrische Kunststoffträger 4 in 3 in seinen Abmessungen größer gewählt als der Karosserie-Ausschnitt 3, den dieser überdeckt. Zur Gestaltung einer hochfrequenztechnisch wirksamen Massefläche ist auf dem Kunststoffträger 4 das Antennenelement 5 im Randabstand R mit einem umlaufenden elektrisch leitenden Rahmen 21 mithinreichender Breite versehen. Dieser ist aufgrund der Überdeckung des Karosserie-Ausschnitts 3 mit der Fahrzeugkarosserie 2 über die isolierende Eigenschaft des dielektrischen Kunststoffträgers 4 kapazitiv verbunden. Die innere Berandung 6 dieses Rahmens 21 ist somit zur Nutzung der gesamten Größe des Karosserie-Ausschnitts 3 zu diesem nahezu kongruent gestaltet. Der Rahmen 21 bietet die Möglichkeit der Gestaltung der hochfrequenztechnisch wirksamen Masseverbindung zur elektrisch leitenden Fahrzeugkarosserie 2 sowohl für alle Antennenverstärker 12, 13 als auch für die Massestelle 8 durch den Masseleiter 9 ohne fahrzeugtechnisch unerwünschte galvanische Verbindung zur Fahrzeugkarosserie 2. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der dielektrischen Kunststoffträger 4 als elektrisch leitend bedruckbare Kunststofffolie oder als Leiterplatte ausgeführt, auf welcher das Antennenelement 5, der elektrisch leitende Rahmen 21 sowie die kurzen Überbrückungen 10 des Randabstands R und auch gegebenenfalls die Leiterstrukturen der Leiterplatte 26 für den Antennenverstärker 12 zusammenhängend aufgedruckt sind. In diesem Fall kann auch die kapazitiv wirksame Massefläche 16 entfallen.In an advantageous embodiment of the invention is the dielectric plastic carrier 4 in 3 chosen larger in dimensions than the body neckline 3 this covers. To design a high frequency effective ground plane is on the plastic carrier 4 the antenna element 5 at the edge distance R with a circumferential electrically conductive frame 21 provided with sufficient width. This is due to the overlap of the body detail 3 with the vehicle body 2 about the insulating property of the dielectric plastic carrier 4 capacitively connected. The inner boundary 6 this framework 21 is thus to use the entire size of the body detail 3 designed to be almost congruent to this. The frame 21 offers the possibility of designing the high frequency effective ground connection to the electrically conductive vehicle body 2 for all antenna amplifiers 12 . 13 as well as for the Massestelle 8th by the mass leader 9 without vehicle technology unwanted galvanic connection to the vehicle body 2 , In a particularly advantageous embodiment of the invention is the dielectric plastic carrier 4 designed as an electrically conductive printable plastic film or as a printed circuit board on which the antenna element 5 , the electrically conductive frame 21 as well as the short bypasses 10 the edge distance R and also possibly the conductor structures of the circuit board 26 for the antenna amplifier 12 are printed contiguously. In this case, also the capacitive ground plane 16 omitted.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die aktive Antennenanordnung 1 in 3 mit einem weiteren Antennenverstärker 13 mit hochohmiger Eingangsimpedanz ZE 14 für Antennendiversity ausgestaltet. Die Effizienz von Antennendiversity-Systemen ist maßgeblich durch den Wert der Dekorrelation der Empfangssignale an den beiden Verstärker-Ausgängen 20 der beiden Antennenverstärker 13 gegeben. Hierzu wird angestrebt, dass sich insbesondere die Phasen der an den Verstärker-Ausgängen 20 vorliegenden Richtdiagramme deutlich unterscheiden. Dies wird in der vorliegenden aktiven Antennenanordnung 1 auf vorteilhafte Weise dadurch erreicht, dass der weitere Antennenverstärker 13 in etwa gleichem Anschlussabstand A von der Massestelle 8, jedoch in Bezug auf den ersten Antennenverstärker 12 an der Massestelle 8 gespiegelt am Ausschnittrand 7 angebracht ist. Diese Anordnung der beiden Antennenverstärker 12, 13 ermöglicht aufgrund hinreichend dekorrelierte Empfangssignale die Anwendung von Antennen-Diversity-Anordnungen für den UKW-, DAB-, und den TV-Rundfunk. Beide Antennenverstärker 12, 13 sind im Beispiel der 3 jeweils auf einer Leiterplatte 26 aufgebaut, durch welche der Verstärker-Masseanschluss 19 durch leitende Verbindung mit dem elektrisch leitenden Rahmen 21 und dessen kapazitive Verbindung zur Fahrzeugkarosserie 2 gegeben ist. Die Belastung einer Verstärkeranschlussstelle 11, mit der hochohmigen Eingangsimpedanz ZE 14 ist bei hinreichender Ausprägung dieser Hochohmigkeit ohne praktischen Einfluss auf die Empfangssignale an der anderen Verstärkeranschlussstelle 11a. Diese gegenseitige Entkopplung der Empfangssignale an den beiden Verstärkeranschlussstellen 11, 11a qualifiziert die aktive Antennenanordnung 1 nach der Erfindung in hohem Maße für den Anschluss von unterschiedlichsten Antennen-Diversity-Systemen an den beiden Verstärker-Ausgängen 20.In a further advantageous embodiment of the invention, the active antenna arrangement 1 in 3 with another antenna amplifier 13 with high impedance input impedance ZE 14 designed for antenna diversity. The efficiency of antenna diversity systems is determined by the value of the decorrelation of the received signals at the two amplifier outputs 20 the two antenna amplifiers 13 given. For this purpose, it is desirable that in particular the phases of the amplifier outputs 20 Distinguish clearly the present directional diagrams. This is in the present active antenna arrangement 1 achieved in an advantageous manner, that the further antenna amplifier 13 approximately the same connection distance A from the ground station 8th , but with respect to the first antenna amplifier 12 at the Massestelle 8th mirrored at the cutting edge 7 is appropriate. This arrangement of the two antenna amplifiers 12 . 13 Due to sufficiently decorrelated received signals, the use of antenna diversity arrangements for the VHF, DAB, and the TV broadcasting. Both antenna amplifiers 12 . 13 are in the example of 3 each on a circuit board 26 built, through which the amplifier ground terminal 19 by conductive connection to the electrically conductive frame 21 and its capacitive connection to the vehicle body 2 given is. The load of an amplifier connection point 11 , with the high-impedance input impedance ZE 14 is with sufficient extent of this high impedance without any practical effect on the received signals at the other amplifier connection point 11a , This mutual decoupling of the received signals at the two amplifier connection points 11 . 11a qualifies the active antenna arrangement 1 according to the invention to a great extent for the connection of a variety of antenna diversity systems at the two amplifier outputs 20 ,
Für die Gestaltung der aktiven Antennenanordnung 1 für Frequenzen oberhalb des UKW-Frequenzbereichs, zum Beispiel für DABT-VHF und TV, kann es notwendig sein, wie in 4 dargestellt, zwischen der Massestelle 8 am Antennenelement 5 und dem benachbarten elektrisch leitenden Rahmen 21 in den Frequenzbereichen der Rundfunkbänder unterschiedliche niedrige Blindwiderstände zur Verfügung zu stellen. Hierfür wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Impedanz eines Blindelements 24 am Ort der Verstärker-Anschlussstelle 11 mithilfe einer Leitungstransformation in einen derartig geeigneten frequenzabhängigen Blindwiderstand am Ort der Massestelle 8 zu erzielen. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass entlang dem Innenrand des elektrisch leitenden Rahmens 21 und vorzugsweise unter dessen Einbeziehung als Masseleiter zur Überbrückung des Anschlussabstands A eine unsymmetrische coplanare elektrische Leitung 23 zwischen der Massestelle 8 und dem Ort der Verstärkeranschlussstelle 11 auf den Kunststoffträger 4 gedruckt ist und die elektrische Leitung 23 an dieser Stelle mit einem Blindelement 24 in der Weise abgeschlossen ist, dass am anderen Ende der Leitung 23 ein niedriger Blindwiderstand zur hochfrequenzmäßigen Verbindung des Antennenelements 5 über den Masseleiter 9 mit dem elektrisch leitenden Rahmen 21 und somit dem Ausschnittrand 7 gegeben ist. Hierbei kann es zum Beispiel vorteilhaft sein, am der Ort der Verstärkeranbringung 25 eine am elektrisch leitenden Rahmen 21 befestigte Leiterplatte 26 als Träger des Antennenverstärkers 12 und des Blindelements 24 bzw. der aus mehreren Blindelementen bestehenden Schaltung vorzusehen.For the design of the active antenna arrangement 1 for frequencies above the FM band, for example for DABT-VHF and TV, it may be necessary, as in 4 shown, between the measurement point 8th at the antenna element 5 and the adjacent electrically conductive frame 21 To provide different low reactances in the frequency ranges of the radio bands. For this purpose, the invention proposes the impedance of a Blindelements 24 at the location of the amplifier connection point 11 by means of a line transformation in such a suitable frequency-dependent reactance at the location of the mating point 8th to achieve. For this purpose, the invention proposes that along the inner edge of the electrically conductive frame 21 and preferably below its inclusion as a ground conductor to bridge the connection distance A an unbalanced coplanar electrical line 23 between the Massestelle 8th and the location of the repeater junction 11 on the plastic carrier 4 is printed and the electrical line 23 at this point with a dummy element 24 completed in the way that at the other end of the line 23 a low reactance to the high-frequency connection of the antenna element 5 over the ground conductor 9 with the electrically conductive frame 21 and thus the cutting edge 7 given is. It may be advantageous, for example, at the location of the amplifier attachment 25 one on the electrically conductive frame 21 attached circuit board 26 as a carrier of the antenna amplifier 12 and the blinking element 24 or provide the circuit consisting of several reactive elements.
Zur Gestaltung einer weiteren Antenne für den TV-Rundfunk kann es – wie in 5a dargestellt – vorteilhaft sein, dass das Antennenelement 5 an einem der langen Enden verkürzt ist und, dass in der verbleibenden Fläche eine von dem Antennenelement 5 getrennte, flächig auf den dielektrischen Kunststoffträger 4 aufgebrachte Monopolantenne 27 mit daran angeschlossenem Antennenverstärker 28b für den TV-Rundfunk, als leitende Struktur gebildet ist, deren Fußpunktanschluss 17 und deren TV-Antennenverstärker 28b auf der Leiterplatte 26 gestaltet sind.To design another antenna for TV broadcasting can - as in 5a shown - be advantageous that the antenna element 5 is shortened at one of the long ends and that in the remaining area one of the antenna element 5 separated, flat on the dielectric plastic carrier 4 applied monopole antenna 27 with connected antenna amplifier 28b for TV broadcasting, is formed as a conductive structure, whose base point connection 17 and their TV antenna amplifier 28b on the circuit board 26 are designed.
5b zeigt die Anordnung wie in 5a, jedoch mit Herstellung der niederohmigen Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie 2 an der Massestelle 8. Diese Verbindung erfolgt durch eine Serienresonanz im UKW-Frequenzbereich, gebildet aus den induktiven Eigenschaften der elektrischen Leitung 23 im Zusammenwirken mit den kapazitiven Eigenschaften des Blindelements 24. Hierbei ist es für den Empfang im Frequenzbereich des LMK-Rundfunks wesentlich, die Kapazität zwischen der Massestelle 8 und der Fahrzeugkarosserie 2 durch diese Verbindung möglichst klein zu gestalten. Zur Erhöhung der induktiven Eigenschaften der elektrischen Leitung 23 ist es vorteilhaft, die Leitung mäanderförmig entlang dem elektrisch leitenden Rahmen 21 zu führen (nicht dargestellt). 5b shows the arrangement as in 5a , but with production of the low-resistance connection with the vehicle body 2 at the Massestelle 8th , This connection is made by a series resonance in the VHF frequency range, formed from the inductive properties of the electrical line 23 in conjunction with the capacitive properties of the Blindelements 24 , It is essential for the reception in the frequency range of the LMK broadcasting, the capacity between the Massestelle 8th and the vehicle body 2 make this connection as small as possible. To increase the inductive properties of the electrical line 23 it is advantageous to meander the line along the electrically conductive frame 21 to lead (not shown).
In 6 ist eine weitere Monopolantenne 27a für den TV-Rundfunk in der Weise gestaltet, dass das Antennenelement 5 einen entsprechenden Flächenausschnitt 29 besitzt, innerhalb dessen die Monopolantenne 27a auf dem dielektrischen Kunststoffträger 4 als leitende Struktur aufgebracht ist. Deren Fußpunktanschluss 17b und der dazugehörige gesonderte TV-Antennenverstärker 28a sind auf der Leiterplatte 26 aufgebaut.In 6 is another monopole antenna 27a designed for TV broadcasting in such a way that the antenna element 5 a corresponding surface section 29 owns, within which the monopole antenna 27a on the dielectric plastic carrier 4 is applied as a conductive structure. Their base connection 17b and the associated separate TV antenna amplifier 28a are on the circuit board 26 built up.
Vielfach ist aus fahrzeugtechnischen Gründen der Ort für die Anbringung der Antennenverstärker 12, 13, 28a, 28b am Fahrzeug vorgegeben. 6 zeigt in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, dass bei fahrzeugtechnisch bedingtem Ort der Verstärkeranbringung 25, 25a der Versetzungsabstand V, um welchen die Verstärker-Anschlussstelle 11, 11a am Antennenelement 5 längs des Ausschnittrandes 7 versetzt ist, jeweils mithilfe einer unsymmetrischen coplanaren elektrischen Leitung 23 entlang dem elektrisch leitenden Rahmen 21 überbrückt ist. Somit ist das Empfangssignal jeweils an der Verstärkeranschlussstelle 11, 11a des Antennenelements 5 am Eingang der betreffenden elektrischen Leitung 23 abgegriffen und am anderen Ende der Leitung 23 jeweils dem Antennenverstärker 12, 13, 28, 28b am Verstärker-Eingangsanschluss 18 zugeführt.In many cases, for vehicle technical reasons, the place for the attachment of the antenna amplifier 12 . 13 . 28a . 28b specified on the vehicle. 6 shows in an advantageous embodiment of the invention, that at vehicle technical location of the amplifier attachment 25 . 25a the offset distance V around which the amplifier pad 11 . 11a at the antenna element 5 along the cutting edge 7 is offset, each using an unbalanced coplanar electrical line 23 along the electrically conductive frame 21 is bridged. Thus, the received signal is at the amplifier connection point 11 . 11a of the antenna element 5 at the input of the relevant electrical line 23 tapped and at the other end of the line 23 each to the antenna amplifier 12 . 13 . 28 , 28b at the amplifier input terminal 18 fed.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Antennenanordnungantenna array
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22
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Fahrzeugkarosserievehicle body
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33
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Karosserie-AusschnittBody-Neck
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44
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dielektrischen Kunststoffträgerdielectric plastic carrier
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55
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Antennenelementantenna element
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66
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Berandungboundary
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77
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Ausschnittsrandcutting-edge
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88th
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Massestellemass point
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99
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Masseleiterground conductor
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1010
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kurze Überbrückungshort bridge
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11, 11a11, 11a
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VerstärkeranschlussstelleAmplifier junction
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1212
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Antennenverstärkerantenna amplifier
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1313
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weiterer Antennenverstärkerfurther antenna amplifier
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1414
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hochohmige Eingangsimpedanz ZEhigh impedance input impedance ZE
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1515
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kapazitiv leitendes Element capacitive conductive element
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1616
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kapazitiv wirksame Masseflächecapacitively effective ground plane
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17a, 17b17a, 17b
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FußpunktanschlussFußpunktanschluss
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1818
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Verstärker-EingangsanschlussAmplifier input terminal
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1919
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Verstärker-MasseanschlussAmplifier ground terminal
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2020
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Verstärker-AusgangAmplifier output
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2121
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elektrisch leitender Rahmenelectrically conductive frame
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2222
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elektrische leitend beschichtete Kunststofffolieelectrically conductive coated plastic film
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2323
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elektrische Leitung electrical line
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2424
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BlindelementFilling element
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25, 25a25, 25a
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Ort der VerstärkeranbringungLocation of the amplifier attachment
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2626
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Leiterplattecircuit board
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27, 27a 27, 27a
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Monopolantennemonopole antenna
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28, 28a, 28b28, 28a, 28b
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TV-AntennenverstärkerTV antenna amplifier
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29 29
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Flächenausschnittcut-out area
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3030
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Induktives BlindelementInductive dummy element
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3131
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Verstärkendes Element mit hochohmigem SteueranschlussReinforcing element with high-impedance control connection
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ZA ZA
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Antennenimpedanzantenna impedance
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D D
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Senkenanschlussdrain terminal
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G G
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Steueranschlusscontrol connection
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S S
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Quellenanschlusssource terminal
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L L
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Ausschnittlängecutting length
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B B
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AusschnittbreiteSection width
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R R
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Randabstandsedge distance
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A A
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Anschlussabstandconnecting pitch
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VV
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Versetzungsabstandoffset distance
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RB RB
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Rahmenbreiteframe width
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RL RL
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Rahmenlängeframe length
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GKGK
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Gegenkopplungs-ImpedanzNegative feedback impedance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 19535250 A1 [0002, 0002] DE 19535250 A1 [0002, 0002]
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EP 1487052 A1 [0003, 0003] EP 1487052 A1 [0003, 0003]
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DE 10114769 B4 [0030] DE 10114769 B4 [0030]
