DE1919749C3 - Aktive Empfangsantenne mit Dipolcharakter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangsantenne mit Dipolcharakter, mit einem passiven Antennenteil, an den über einfache Ankopplungs- und Sperrmittel unmittelbar ein steuerbares aktives Element mit μ Dreipölchäräkler Unter RäUschwiderstandsanpassung in einem Teil des Empfangsfrequenzbereiches angeschlossen ist, dessen Ausgang den Antennenanschluß bildet.

Antennen dieser Art sind in der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 16 91 300.5 (deulsclif Offenlegungsschrift 15 91 300) beschrieben worden.

Eine aktive Antenne mit Dipolcharakter ist aus der US-Patentschrift 21 69 358 bekannt. Ferner ist es bei einer aktiven Antenne bereits bekannt, die Antennenkonstruktion so zu wählen, daß an diese das aktive Element durch Rauschanpassung angepaßt ist (NTG-U.R.S.I.-Tagung »Antennen und elektromagnetische Felder«, Darmstadt, 17. bis 20. Okt 1967, Kurzfassung der Vorträge, S. 45 bis 47).

Fast alle Funkdienste werden nicht bei einer einzigen Frequenz, sondern in mehr oder weniger breiten Frequenzbändern betrieben, so daß die Empfangsantenne für breitere Frequenzbänder geeignet sein muß. Rauschanpassung ist jedoch nur in begrenzten Frequenzbändern möglich. Als Beispiel soll der Unterhaltungsrundfunk erwähnt werden. Hier liegen die Bereiche im Langwellen-, Mittelwellen-, Kurzwellen- und Ultrakurzwellengebiet mit großen Zwischenräumen zwischen 0,15 und 110MHz. Auch in diesem Fall gibt es keine Empfangsantenne der obengenannten Art mit nur einem einzigen aktiven Übertragungsweg, der für alle diese Frequenzbereiche dne hinsichtlich des Signal-Rauschverhältnisses optimale Anpassung hätte.

Als Lösung des Problems läge nahe, bei Empfang größerer Frequenzbereiche den gesamten Frequenzbereich in Teilfrequenzbereiche aufzuteilen und für jeden Teilf. equenzbereich eine getrennte aktive Empfangsantenne zu verwenden, wobei die Ausgänge dieser Antennen an eine gemeinsame Antennenanschlußsteüe geführt werden könnten. Eine solche Anordnung könnte im Prinzip eine Form haben, wie sie in der Zeichnung der US-Patentschrift 34 24 984 dargestellt ist. Hier sind mehrere passive Antennen mit je einem nachfolgenden Verstärker an einen gemeinsamen Antennenausgang geführt Jede Einzelantenne mit anschließendem Verstärker wird dort als aktiver Kanal bezeichnet. In der US-Patentschrift 34 24 984 ist eine Anordnung beschrieben, bei der alle beteiligten Kanäle gleichzeitig empfangen, und zwar alle die gleiche Frequenz, und durch Kombination der Ausgänge der verschiedenen Kanäle eine Richtwirkung auf dieser Frequenz erzeugt wild. Es ist hieraus ersichtlich, daß das geschilderte Problem, daß die einzelnen Kanäle eines solchen Antennensystems für den Empfang verschiedener Teilfrequenzbereiche verwendet werden, und zwar jeder Kanal für einen anderen Teilfnquenzbereich, in der US-Patentschrift 34 24 984 weder gestellt noch gelöst wird, sondern eine verschiedene Aufgabenstellung vorliegt. Ein Antennensystem der vorstehend beschriebenen Art mit getrennten Antennen bedeutet einen erheblichen Aufwand an Raum, Bauteilen und Montage.

Es Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Uiiter Lösung des geschilderten Problems des Empfangs größerer Frequenzbereiche diesen Aufwand an einer Empfangsantenne der eingangs angegebenen Art zu verringern. Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß unter Anwendung der Empfangsantenne der eingangs angegebenen Art für alle Teilfrequenzbereiche der gleiche passive Antennenteil verwendet werden kann und lediglich für die Teilfrequenzbereiche steuerbare aktive Elemente eingesetzt werden. In der Empfangsantenne selbst sind zwischen dem passiven Antennenteil und der AntennenanschluEi'.elle romit mehrere parallele und voneinander gesonderte Übertragungswege für die Teilfrequenzbereiche gebildet. Auf diese Weise kann der gesamte Empfangsfrequenzbereich einer einzigen

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Empfangsantennenbaueinheit beträchtlich erweitert werden. Dabei wird durch die unterschiedlichen Anschlußstellen der gesonderten Übertragungswege zusätzlich ermöglicht, Signale aus dem Frequenzbereich des einen Übertragungswegs vom steuerbaren aktiven Element des jeweils anderen Übertragungswegs fernzuhalten und so Störungen durch nichtlineaie Effekte (Intermodulation) zu vermeiden,

Die Koaxialleitung stellt ein besonders günstiges Bauelement des passiven Antennenteils mit unterschiedlicher Wirkung zur Widerstandsgestaltung für den Anschluß der aktiven Elemente dar. Sie stellt bezüglich ihres Außenleiters eine Induktivität dar, die im oberen Teil des Empfangsfrequenzbereichs zur Realisierung der Rauschwiderstandsanpassung an das passive Antennenteil dient. Zwischen Innenleiter und Außenleiter bildet sich eine Kapazität, die zwar dem aktiven Element des unteren Teils des Empfangsfrequenzbereichs parallel geschaltet ist. jedoch für den oberen Teil des F.mpfangsireqtienzbereichs eine Signaibrucke zum aktiven Element dieses oberen Teils bildet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und deren vorteilhafte Wirkungen aus der nachfolgenden Beschreibung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es handelt sich dabei um eine Ausführung als gedruckte Schaltung, die insbesondere zur Unterbringung in der Halterung eines Rückblickspiegels eines Kraftfahrzeuges geeignet ist. Es zeigt

Fig. I schematisch das passive Antennenteil einer aktiven Antenne nach der Erfindung,

Fig. 2 das elektrische Schaltbild des die aktiven Elemente enthaltenden Teils der Antenne.

Gemäß F i g. 1 sind auf einer Isolierstoffplatte /' in bekannter Weise als gedruckte Schalungen Leiterbahnen I und 2 aufgebracht, die als Induktivitäten wirken. Diese Leiterbahnen bilden mit der sogenannten Dachkapazität 3. die z. B. als Rückblickspiegel ausgebildet ist, den passiven, nämlich den aufnehmenden Teil der Antenne. Die Kapazität 3 kann in bestimmten Grenzen in ihrem Wert gewählt werden, und zwar so weit, wie das Produkt aus effektiver Antennenhöhe und dieser Kapazität unverändert bleibt.

Einer Transformation des Strahlungswiderstandes zum Zwecke optimaler Rauschanpassung stehen in einem unteren Frequenzbereich, insbesondere im lang- und mittelwelligen Bereich, zwei Gründe entgegen, und zwar einerseits die Kleinheit des Strahlungswiderstandes und andererseits die große Bandbreite, innerhalb derer die Transformation stattfinden muß.

Es stellen nun die Leiterbahnen 1 und 2 im besonderen die Mittel zur Transformierung der Impedanz der aufnehmenden Antennenteile auf einen Wert dar, der eine optimale Rauschanpassung an die aktiven Elemente gestattet Diese aktiven Elemente der aktiven Antenne werden, wie im folgenden noch näher beschrieben wird, durch die Transistoren 4 und 5 in der Schaltung nach F i g. 2 gebildet

Die Dachkapazität 3 hat sowohl im oberen, z. B. UKW-Bereich, als auch im unteren, z. B. dem LMK-Bereich, ihre besondere Bedeutung. Im UKW-Bereich dient diese Dachkapazität 3 zusammen mit den Leiterbahnen 1 und 2 als Schwingkreiskapazität eines Eingangskreises, im unteren Frequenzbereich, also dem langwelligen Bereich, stellt sie die Hauptantennenkapazität dar.

Die gedruckte Leiterbahn 1 setzt sich fort als gedruckter Innenleiter 7 einer Pseudokoaxialleitung, die aus den drei nebeneinander geführten Leiterbahnen 2 und 7 gebildet wird. Die Leiterbahn 1 und der Innenleiter 7 der Pseudokoaxialleitung dienen auch gleichzeitig als Zuführungsleitung zwischen der Dachkapazität 3 und dem für den unteren Frequenzbereich verwendeten aktiven Element, dem Transistor 4. Der Außenleiter der Pseudokoaxialleitung, also die Leiterbahn 2, wirkt als Teilinduktivität des Eingangskreises für die Ankopplung des aktiven Elements für den oberen

ίο Frequenzbereich, also des Transistors 5, an den aufnehmenden, passiven Antennenteil. Dieser Außenleiter bildet gleichzeitig zusammen mit dem Eingangswiderstand des aktiven Elements für den unteren Frequenzbereich, also des Transistors 4. einen Teil der

π Transformationsschaltung für die Rauschanpassung des aufnehmenden Antennenteils der Antenne an die Eingangsimpedanz des aktiven Elements für den oberen Frequenzbereich, also des Transistors 5.

Die Verbindung von der Leiterbahn 2 der Pseudokoaxiaiieitung zu dem Transistor 5 für den oberen Frequenzbereich ist über den Anschlußpunkt 8 zu den gedruckten Flächendes Koppelkondensators 9(Fi g. 1), dann zum Anschlußpunkt 10 (Fig. 1 und 2) und über einen weiteren Kondensator 11 an die Basis des

2"> Transistors 5 geführt. Die in Fig. 2 dargestellten Widerstände 12 und 13 dienen zur Einstellung des Arbeitspunkts des Transistors 5.

Die Verbindung des Transistors 4 für den unteren Frequenzbereich mit dem aufnehmenden Antennenteil

in führt von dem Anschlußpunkt 14(F ig. I) am Innenleiter 7 zu dem Anschlußpunkt 15 (Fig. 2), dann über eine Drossel 16 und einen V/iderstand 17 an die Basis des Transistors 4. Die in Fig. 2 dargestellte Diode 18 schützt den Transistor 4 vor statischen Aufladungen.

Wie sich aus der Zeichnung und der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist also innerhalb der aus den aufnehmenden Antennenteilen I, 2 und 3 und den aktiven Elementen, den Transistoren 4 und 5. bestehenden Gesamtschaltung für die beiden unterschiedlichen Frequenzbereiche jeweils ein gesonderter Übertragungsweg geschaffen, der zu der noch zu beschreibenden Antennenanschlußstelle 29 führt. Es ist dabei diese Aufteilung in zwei Übertragungswege derart vorgenommen worden, daß für jeden Frequenzbereich voneinander unabhängige Rauschanpassungsverhältnisse zwischen den aufnehmenden Antennenteilen 1,2 und 3 und den aktiven Elementen, den Transistoren 4 und 5, gebildet und/oder die Arbeitspunkte der aktiven Elemente, also der Transistoren 4 und 5. voneinander unabhängigen Anpassungsverhältnissen entsprechend einstellbar sind.

Wie F i g. 2 ferner zeigt, ist dem Transistor 4 ein weiterer Verstärker in Gestalt des Transistors 6 nachgeschaltet Dadurch werden zwei vorteilhafte

Wirkungen erzielt:

1. Wegen der Aufteilung der zwischen dem Anschlußpunkt 15 für den unteren Frequenzbereich und der allgemeinen Masse 19 bestehenden Spannung auf zwei Transistorsteuerstrecken wird die Gefahr nichtlinearer Verzerrungen und Mischeffekte herabgesetzt

2. Durch die Reihenschaltung von zwei Transistoren 4 und 6 wird die Verstärkung vergrößert, ohne daß damit das Rauschen wesentlich erhöht würde, wodurch eine Herabsetzung der Grenzfeldstärke, d. h. eine Verbesserung der Empfindlichkeit der Antenne erreicht wird.

Der in den Emitterkreis des Transistors 6 eingeschaltete Widerstand 30 dient zur Gegenkopplung und sorgt bei entsprechender Dimensionierung für das Untertauchen der durch Intermodulation entstandenen Störungen in das Rauschen.

Die Drossel 16 mit dem Widerstand 17, der zur Abflachung einer möglicherweise entstehenden Resonanzkur »e eingesetzt worden ist, dient zur Unterdrükkung der Störungen, die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne als Kraftfahrzrugantenne durch die elektrischen Anlagen des Motors des Kraftfahrzeugs hervorgerufen, über die aufnehmenden Antennenteile eingestrahlt und durch Mischeffekte mit höheren Frequenzen erzeugt werden.

Die Drossel 20 dient zusammen mit dem Kondensator 21 der allgemeinen Verblockung des Eingangs des Transistors 4, der Widerstand 22 zusammen mit dem Kondensator 23 der besonderen Verblockung des Eingangs des I ransistors 4 gegen Hochfrequenzstörungen, die über den Speisepunkt 24 für die Betriebsspan- nung des Transistors 4 eingeschleppt werden können.

Dagegen dienen die Drossel 25 und der Kondensator 26 zur Verriegelung der verstärkten Spannungen des unteren Frequenzbereichs, hier des LMK-Bereichs, gegen den Ausgang des Transistors 5, der die Spannungen des oberen Frequenzbereichs, hier also des UKW-Bereichs, verstärkt.

Der Ausgang des Transistors 6 für den unteren Frequenzbereich und der Ausgang des Transistors 5 für den oberen Frequenzbereich sind beide auf die Anschlußstelle der aktiven Antenne geschaltet, an die ein Koaxialkabel 29 angeschlossen ist.

Alle übrigen im Schaltbild gemäß Fig. 2 nicht näher bezeichneten Widerstände und Kondensatoren dienen lediglich der Stromversorgung der Transistoren bzw. zur Trennung von Gleichspannungen mit unterschiedlichem Potential. Dem Kondensator 26 fällt diese Aufgabe zusätzlich zu. Die Kondensatoren 27 und 28 dienen zur Erzeugung von Vorspannungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Empfangsantenne mit Dipolcharakter, mit einem passiven Antennenteil, an den über einfache Ankopplungs- und Sperrmittel unmittelbar ein steuerbares aktives Element mit Dreipolcharakter unter Rauschwiderstandsanpassung in einem Teil des Empfangsfreque»izbereiches angeschlossen ist, dessen Ausgang den Antennenanschluß bildet, dadurcn gekennzeichnet, daß an das to passive Antennenteil (1, 2, 3) für jeweils einen weiteren Teil des Empfangsfrequenzbereichs jeweils ein weiteres steuerbares, aktives Element (4, 6) mit Dreipolcharakter argeschlossen ist, dessen Ausgang oder deren Ausgänge mit der Antennenanschlußstelle (29) verbunden ist oder sind, und daß die steuerbaren aktiven Elemente (5; 4,6) des ersten und des mindestens einen weiteren Teils des Empfangsfrequenzbereichs an unterschiedlichen Stellen an das passive Antennenteil (1,2,3) angeschlossen sind und die Widerstandsanpassungsveihältnisse für die steuerbaren aktiven Elemente durch Wahl dieser Anschlußstellen und durch Gestaltung des passiven Antennenteils voneinander unabhängig eingestellt sind, und daß ein Abschnitt des passiven Antennenteils der Außenleiter einer Koaxialleitung ist, deren innenleiter an einem Ende mit einem anderen Abschnitt des passiven Antennenteils und am anderen Ende mit der Anschlußstelle (15) für den Übertragungsweg für den unteren Teil des Empfangsfrequenzbereichs verbunden ist.

Z Empfangsantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitung als gedruckte Pseudokoaxialleitung mit drei nebencinandergeführten Leiterbahnen (2, 7) ausgebildet ist, von denen die beiden äußeren Leiterbahnen (2) den Schirm für die innere Leiterbahn (7) bilden.

3. Empfangsantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element (5) für einen oberen Teil des Empfangsfrequenzbereichs durch kapazitive Ankopplung an das passive Antennenteil (1,2,3) angeschlossen ist.

4. Empfangsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens einen der weiteren Übertragungswege Rauschanpassurg zwischen aktivem Ek ment und passiven Antennenteil vorgesehen ist.

5. Empfangsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem aktiven Element (4) für einer» unteren Teil des Etripfangsfrequenzbereichs ein weiteres verstärkendes Element (6) nachgeschaltet ist.