-
Aktive Autoantenne
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Empfangsantenne mit einem
oder mehreren Ausgangsanschlüssen, an die über Ausgangskabel ein Empfänger oder
mehrere Empfänger für verschiedene Frequenzbereiche angeschlossen sind. Ein bevorzugtes
Anwendungsbeispiel ist eine Antenne für den Rundfunkempfang in Kraftfahrzeugen.
Der eine Frequenzbereich ist dabei der Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich, abgekürzt
LMK-Bereich genannt, ein zweiter Frequenzbereich der Ultrakurzwellenbereich, abgekürzt
UKW-Rundfunkbereich genannt. Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Antenne,
bei der mindestens der LMK-Empfang mit Hilfe aktiver Bestandteile der Antenne erfolgt.
In der deutschen Auslegeschrift 1919 749 und in der deutschen OS 23106 16 sind aktive
Rundfunkempfangsantennen beschrieben, bei denen für die beiden genannten Rundfunk-Frequenzbereiche
an den gleichen passiven Antennenteil zwei gesonderte Übertragungswege für je einen
der Frequenzbereiche angeschlossen sind, wie dies in Fig.l schematisch gezeichnet
ist. Im Beispiel der Fig.l ist 1 der passive Antennenteil, der an einem Anschluß
2 mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden ist. 2 wird im Folgenden als Masseanschluß
bezeichnet. Der passive Antennenteil hat Anschlüsse für über tragungswege, die zu
einem oder mehreren Empfängern führen. In Fig. 1 ist beispielsweise der Anschluß
3-3' der Eingangsanschluß des aktiven Ubertragungsweges 5 für den LMK-Frequenzbereich
und der Anschluß 4-4' der Eingangsanschluß des Obertragungsweges 6 für den UKW-Rundfunkbereich
. Im Beispiel der Fig.l sind 7-7' und 8-8' die Ausgangsanschlüsse dieser beiden
Übertragungswege, die miteinander verbunden sein können, wenn die beiden Ubertragungswege
an ihrem Ausgang durch frequenzselektie Mittel in bekannter, geeigneter Weise gestaltet
sind.
-
Dann ist ein gemeinsames Ausgangskabel 9 möglich, das zum Rundfunkempfänger
10 führt. Hierbei besteht der übliche Rundfunkempfänger im Sinne der Erfindung aus
zwei getrennten Empfängern in einem gemeinsamen Gehäuse. Die Ausgangskabel sind
vorzugsweise
koaxiale Kabel, deren Außenleiter mit dem Massepunkt
2 verbunden ist.
-
In der deutschen OS 2115 657, dort Fig.l und Gel.(1)1 ist erläutert,
daß zur Erzielung eines guten und frequenzunabhängigen Empfangs im LMK-Bereich mit
kleinen Antennengebilden der passive Antennenteil 1 so gestaltet ist, daß er eine
passive Antenne la enthält, die ein kurzer Monopol ohne oder mit Dachkapazität ist
oder wie ein solcher wirkt. Im LS1K-Bereich wirkt dieser Monopol la nach dem Schema
der Fig.2 wie eine Quelle 11, deren Urspannung aus der empfangenen Welle stammt,
und eine Kapazität CA als Innenwiderstand der Quelle. Entsprechend der deutschen
OS 2115 657 darf diese Quelle im LMK-Bereich nur mit einer Kapazität CE belastet
sein, um einen gleichmäßigen Empfang im LMK-Bereich zu erzielen.
-
Bei den bisher bekannten aktiven Antennen mit zwei getrennten übertragungswegen
für die beiden Rundfunkbereiche enthält der passive Antennenteil neben dem Monopol
la auch eine passive Schaltung lb, die dazu dient, die empfangenen Signale den beiden
Rundfunk-Übertragungswegen mit Hilfe frequenzselektiver Mittel so zuzuführen, das
der LMK-übertragungsweg 5 im wesentlichen nur die LMK-Signale und der UKW-Ubertragungsweg
6 im wesentlichen nur die UKW-Rundfunksignale erhält. Die passive Schaltung Ib ist
in den bekannten Antennen wegen des günstigen und nahezu frequenzunabhängigen LMK-Empfangs
so gestaltet, daß sie im LMK-Bereich wie eine Kapazität C1 wirkt. Der Eingang des
LMK-übertragungsweges 5 ist dabei so gestaltet, daß er im LMK-Bereich wie eine kleine
Kapazität C2 wirkt. C1 und C2 bilden zusammen die Kapazität CE der OS 2115 657,
die mit ihrer Fig.1 und Gl.(l) das Verhalten dieser Antenne im ItIK-Bebereich beschreibt.
Dort ist auch als Beispiel angegeben, daß am Eingang des LMK-Ubertragungsweges 5
ein Transistor liegt, dessen Eingangsimpedanz eine kleine Kapazität ist, beispielsweise
ein Feldeffekttransistor ohne oder mit Gegenkopplung, dessen Eingangskapazität das
C2 der Fig.2 bildet.
-
Der passive Antennenteil 1 enthält für den Ultrakurzwellenempfang
des übertragungskanals 6 frequenzselektive Mittel, die so gestaltet sind, daß sie
im LMK-Bereich weiterhin wie in Fig.2 nur wie eine kleine Kapazität C1 wirken, um
einen breitbandig frequenzunabhängigen LMK-Empfang zu ermöglichen. Die frequenzselektiven
Mittel sind gleichzeitig so gestaltet, daß sie im Ultrakurzwellenbereich hinreichend
große Signalspannungen am Übertragungsweg 6 entstehen lassen, gegebenenfalls sogar
mit optimalem Signal-Rauschverhältnis wie in der deutschen Auslegeschrift 1919 749.
In dem in den Figuren dieser Auslegeschrift gezeichneten Beispiel besteht das frequenzselektive
Mittel aus einem im passiven Antennenteil 1 enthaltenen Serienresonanzkreis, dessen
Resonanzfrequenz im UKW-Rundfunkbereich liegt und der daher im LMK-Bereich wie eine
Kapazität C1 wirkt. Es fließen dann also im UKW-Rundfunkbereich Resonanzströme durch
diesen Resonanzkreis so daß hinreichend hohe Signalspannungen an den Eingang des
Ubertragungsweges 6 abgegeben werden können.
-
Ein zweites Beispiel eines geeigneten, passiven Antennenteils ist
in der deutschen OS 2310 616beschrieben. Dort liegt in der zule3tsmg vom Monopol
la zum Eingang des Ubertragungsweges 5 die Primärspule eines Übertragers, aus dessen
Sekundärspule das Eingangssignal des übertragungsweges 6 entnommen wird.
-
Wenn man die in dieser OS genannten Resonanzen des Übertragers im
Ultrakurzwellenbereich verwendet, kann man den übertrager als Resonanzübertrager
mit so kleinen, kapazitätsarmen Spulen bauen, daß er im LMK-Bereich keine induktiven
Wirkungen ausübt und nur durch seine unvermeidlichen Streukapazitäten als sehr kleine
Kapazität C1 wirkt.
-
In der deutschen Auslegeschrift 1919 749 ist in Anspruch 1 bereits
die Möglichkeit angegeben, aus dem passiven Antennenteil Signale für einen dritten
Frequenzbereich und einen zugehörigen dritten Übertragungsweg zu entnehmen. Dies
ist in Fig.l als Anschluß 12-12' mit dem Übertragungsweg 13demAusgangsanschluß 14-14'
des übertragungsweges 13, dem Ausgangskabel 15 und dem Empfänger 16 schematisch
dargestellt.
-
In der deutschen Offenlegungsschrift 2310 616 ist in den Fig.6 und
8 die Möglichkeit angegeben, aus dem passiven Antennenteil Signale für einen dritten
übertragungsweg 13 mit Hilfe eines zweiten Übertragers zu entnehmen.
-
Eine besondere Problematik für Empfangsvorgänge in aktiven Antennen,
besonders jedoch für den Empfang im Kraftfahrzeug besteht darin, daß weitere Funkdienste
mit anderen Frequenzen vorhanden sind, die teils hohe Sendeleistungen aufweisen
und die Ubertragungswege der aktiven Antenne übersteuern können, wenn sich das Kraftfahrzeug
den betreffenden Sendestationen nähert.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, den passiven Antennenteil der aktiven
Antenne so zu gestalten, daß die Störung oder Minderung der Qualität des Rundfunkempfangs
durch weitere Funkdienste anderer Frequenz weitgehend beseitigt wird. Manche dieser
weiteren Funkdienste sollen jedoch auch im Kraftfahrzeug neben dem Rundfunk empfangen
werden. Hierbei wäre es sicher vorteilhaft, wenn man für diese weiteren Funkdienste
keine zusätzliche Antenne benötigen würde, sondern die bereits für den Rundfunkempfang
vorhandene Antenne verwenden könnte. Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht also
darin, die für die Entstörung des Rundfunkempfangs vorgesehenen Maßnahmen so zu
gestalten, daß mit Hilfe dieser zusätzlichen Maßnahmen auch der Anschluß zusätzlicher
Ubertragungswege für weitere Funkdienste auf einfachem Wege möglich wird.
-
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die passive
Schaltung 1b des passiven Antennenteils 1 zusätzliche frequenzselektive Mittel enthält,
die die Eingänge eines oder beider Rundfunk-übertragungswege 5, 6 weitgehend gegen
das Eindringen von Signalen eines oder mehrerer, weiterer Funkdienste schützen,
und daß diese zusätzlichen frequenzselektiven Mittel so gestaltet sind, daß sie
bei Frequenzen des i;ang-, Mittel-, Kurzwellenbereichs wie eine parallel zum Eingang
des Ubertragungsweges 5 des LMK-Bereichs geschaltete Kapazität wirken und man an
Bestandteile der zusätzlichen,
frequenzselektiven Mittel frequenzselektiv
einen oder mehrere zusätzliche übertragungswege für Signale von weiterentaußerhalb
des Rundfunkbereichs liegenden Funkdiensten ankoppeln kann.
-
Ein Beispiel zusätzlicher frequenzselektiver Mittel ist ein Reaktanzzweipol,
der aus einer Kombination von mindestens zwei verlustarmen Blindwiderständen besteht,
deren frequenzabhängige Reaktanzen allgemein aus Meinke - Gundlach, Taschenbuch
der Hochfrequenztechnik, 3.Aufl. Berlin,1968,Abschnitt B 12, dort in Abb. 12.1 bekannt
sind. Es gibt dabei nach Abb. 12.la Reaktanzzweipole, die bei niedrigen Frequenzen
wie eine Induktivität wirkt, und nach Abb.12.lb Reaktanzzweipole, deren Reaktanz
bei niedrigen Frequenzen wie eine Kapazität wirkt. Alle Reaktanzzweipole aus mindestens
zwei Blindwiderständen haben bei bestimmten Frequenzen Nullstellen und / oder Unendlichkeitsstellen,
die mit Hilfe der bekannten Theorien der Netzwerksynthese durch geeignete Wahl der
Blindwiderstände vorgeschriebene Frequenzen besitzen können. Bei wirklichen Reaktanzzweipolen
sind wegen der unvermeidlichen Verluste der Blindwiderstände die Nullstellen und
die Unendlichkeitsstellen nur Minima bzw. Maxima des Scheinwiderstandes.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Reaktanzzweipol
so gestaltet, daß er bei niedrigen Frequenzen wie eine Kapazität wirkt und die von
den Rundfunk-Ubertragungswegen fernzuhaltenden Frequenzen des oder der weiteren
Funkdienste in der Nähe von Nullstellen der Reaktanz liegen. Schaltet man einen
derartigen Reaktanzzweipol wie in Fig.3a parallel zum Eingang eines der Rundfunkübertragungswege
5 oder 6, so schützt der Reaktanzzweipol den betreffenden Übertragungsweg gegen
das Eindringen von Signalen deg weiteren FunkdienstElfür deren Frequenzen der Reaktanzzweipol
Nullstellen hat. Liegt der Reaktyanzzweipol innerhalb der passiven Schaltung Ib
wie der Zweipol 18 in Fig.3b zwischen den Eingangsanschlüssen 2 und 17 der Schaltung
lb, so schützt der Reaktanzzweipol beide Rundfunkübertragungswege gleichzeitig.
19 ist dabei die passive
Schaltung, die bei Abwesenheit der zusätzlichen
frequenzselektiven Mittel zum Anschluß der beiden Rundfunk-Übertragungswege dient.
-
Ein einfaches Beispiel eines solchen parallelgeschalteten Reaktanzzweipols
ist ein Serienresonanzkreis aus einer Induktivität L1 und einer Kapazität C3 nach
Fig.4, wobei die Nullstelle der Reaktanz auf eine der Frequenzen der weiteren Funkdienste,
die von den Rundfunkübertragungswegen ferngehalten werden sollen, eingestellt ist.
-
Schaltet man mehrere solcher Serienresonanzkreise mit verschieden
eingestellten Reaktanz-Nullstellen parallel, so kann man dadurch den Zutritt der
Signale mehrerer weiterer Funkdienste in die Rundfunk-Übertragungswege verhindern.
und an jeden dieser Serienresonanzkreise einen übertragungsweg für einen weiteren
Funkdienst, dessen Frequenz bei der Nullstelle der Reaktanz dieses Serienresonanzkreises
liegt, ankoppeln. Aus der Theorie der Reaktanzzweipole ist bekannt, daß man die
Parallelschaltung mehrerer Serienresonanzkreise auch durch weitere äquivalente Reaktanzschaltungen
mit gleichem Reaktanzverhalten ersetzen kann.
-
Bei der Gestaltung des Reaktanzzweipols 18 ist natürlich darauf zu
achten, daß dieser keine Nullstelle im Bereich des UKW-Rundfunks besitzt und dadurch
den Empfang des UKW-Rundfunks behindert. Der Reaktanzzweipol ist daher im Frequenzbereich
des UKW-Rundfunks ein Blindwiderstand endlicher Größe, dessen Existenz bei der Gestaltung
der passiven Schaltung Ib des passiven Antennenteils berücksichtigt werden muß,
um eine günstige Übertragung der Signale des UKW-Rundfunks in den zugehörigen Ubertragungsweg
6 zu erzielen. Wenn beispielsweise die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises
der Fig.4 oberhalb des UKW-Rundfunkbereichs liegt, hat dieser Serienresonanzkreis
im UKW-Frequenzbereich einen induktivem Blindwiderstand, der die Übertragung der
Signale im Bereich des UKW-Rundfunks beeinflußt.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des Reakttanzzweipols 18 ist daher
eine Schaltung mit mehr als 2 Blindwiderständen, die im Frequenzbereich des UKW-Rundfunks
eine Unendlichkeitsstelle der Reaktanz besitzt und daher die Übertragung der Rundfunkfrequenzen
durch die Schaltung 19 nur wenig beeinflußt.
-
Erfindungsgemäß sollen die zusätzlichen frequenzselektiven Mittel
so gestaltet sein, daß sie die Möglichkeit bieten, an Bestandteile dieser zusätzlichen
Mittel einen zusätzlichen Übertragungsweg 13 zum Empfang eines weiteren Funkdienstes
außerhalb der Rundfunkbereiche anzukoppeln. Fig.4 zeigt als Beispiel eine Möglichkeit,
wie man aus dem Bestandteil L1 des Serienresonanzkreises durch induktive Teilankopplung
am Anschluß 20 der Kreisinduktivität L1 einen Anschluß 12-12' für einen übertragungsweg
13 zum Empfang des zusätzlichen Funkdienstes gewinnen kann. Den Anschluß des zusätzlichen
Übertragungsweges 13 kann man aus dem Serienresonanzkreis L1-C3 natürlich auch durch
alle anderen bekannten Ankopplungsmethoden gewinnen. Als zusätzliche Maßnahme kann
man am Eingang des Übertragungsweges 13 durch Erzeugung einer Resonanz auf der Frequenz
des betreffenden weiteren Funkdienstes, z.B.
-
in Fig.4 durch eine Kapazität C4 die Gewinnung ausreichender Signale
verbessern.
-
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung verwendet
einen Reaktkanzzweipol, der bei niedrigen Frequenzen wie eine Induktivität wirkt
und bei dem die Unendlichkeitsstellen der Reaktanz auf die von den Rundfunk-Übertragungswegen
fernzuhaltenden Frequenzen der weiteren Funkdienste eingestellt sind. Schaltet man
einen solchen Reaktanzzweipol wie in Fig.
-
5a in Serie zum Eingang eines Rundfunk-übertragungsweges, so schützt
der Zweipol den betreffenden Rundfunk-Ubertragungsweg gegen das Eindringen von Signalen
derjenigen weiteren Funkdienste, für den die Reaktanz des Reaktanzzweipols eine
Unendlichkeitsstelle besitzt. Im Beispiel der Fig.5b liegt dieser Reaktanzzweipol
21 in Serienschaltung zum Monopol la und schützt dann beide Rundfunk-Übertragungswege
5 und 6 gleichzeitig. Die Induktivität, die dieser Reaktanzzweipol
im
LMK-Bereich darstellt, kann so klein gehalten werden, daß sie im LMK-Ersatzbild
der Fig.2 zwischen den Punkten 3 und 17 liegend das Verhalten der Schaltung der
Fig.2 nicht merklich beeinflußt. In Fig.5 ist 22 die passive Schaltung, die bei
Abwesenheit der zusätzlichen frequenzselektiven Mittel die Rundfunksignale auf die
beiden Rundfunk-Übertragungswege 5 und 6 verteilt.
-
Ein einfaches Beispiel eines in Serie geschalteten Reaktanzzweipols
21 ist ein Resonanzkreis aus der Parallelschaltung einer Induktivität L2 und einer
Kapazität C5 nach Fig.6. Hierbei sind L2 und C5 so ausgewählt, daß die Unendlichkeitsstelle
der Reaktanz auf die Frequenz eines zu sperrenden Funkdienstes eingestellt ist.
Bei Verwendung eines in Serie geschalteten Parallelresonanzkreises kann die in Fig.2
im LMK-Ersatzbildauftretende Kapazität C1, mit der die Schaltung 21 das LMK-Verhalten
der Antenne belastet, kleiner sein als bei Schaltungen nach Fig.4 und daher bei
gleichem Monopol la höhere Empfangs spannungen im LnlK-Ubertragungswegliefern als
die Schaltung nach Fig.4.
-
Fig.6 zeigt ferner eine Möglichkeit, einen weiteren Übertragungsweg
13 an die zusätzlichen Frequenzselektiven Mittel 21 anzukoppeln, hier mit Hilfe
einer an die Induktivität L2 transformatorisch angekoppelten Sekundärspule L3, gegebenenfalls
unter Verwendung einer Kapazität C6 zur Erzeugung einer Sekundärresonanz des Übertragers
auf der Betriebsfrequenz des übertragungsweges 13.
-
In der Anordnung der Fig.5 ist darauf zu achten, daß der Reaktanzzweipol
21 keine Unendlichkeitsstelle der Reaktanz auf Frequenzen des UKW-Rundfunks besitzt
und so den Empfang des UKW-Rundfunks nicht behindert. Der Reaktanzzweipol hat daher
bei den Frequenzen des UKW-Rundfunks einen Blindwiderstand endlicher Größe, dessen
Existenz bei der Gestaltung der passiven Schaltung 22 berücksichtigt wird. Eine
vorteilhafte Gestaltung der Schaltung 21 besteht darin, daß die Schaltung 21 aus
mehr als zwei Blindwiderständen besteht und diese Blindwiderstände so gewählt sind,
daß der Reaktanzzweipol im Frequenzbereich des UKW-Rundfunks eine Nullstelle besitzt
und dadurch den Durchgang des R.,ndfa s; ale zum UKW-Rundfunk übertragungsweg 6
nicht merklich beeinflußt.
-
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung verwendet man als zusätzliches
frequenzselektives Mittel mehrere in Serie zum Monopol la geschaltete Parallelresonanzkreise,
wobei die Unendlichkeitsstelle jedes Parallelresonanzkreises auf je eine der Frequenzen
der weiteren, von den Rundfunk-Übertragungswegen fernzuhaltenden Funkdienste abgestimmt
ist. Dadurch schützen die frequenzselektiven Mittel die Rundfunk-Übertragungswege
gegen Signale mehrerer weiterer Funkdienste und ermöglichen gleichzeitig die Ankopplung
des übertragungsweges eines weiteren Funkdienstes an denjenigen Parallelresonanzkreis,
dessen Reaktanz eine Unendlichkeitsstelle bei der Frequenz des betreffenden, weiteren
Funkdienstes hat.
-
Aus der Theorie der Reaktanzzweipole ist bekannt, daß man die bereits
erwähnte Serienschaltung von Parallelresonanzkreisen durch äquivalente Reaktanzzweipole
allgemeiner Form mit gleichem Reaktanzverhalten ersetzen kann.
-
Wenn wie im Beispiel der Fig.5a der Reaktanzzweipol 21 in Serie zum
Eingang eines Rundfunk-übertragungsweges liegt und dieser Übertragungsweg ein aktiver
Übertragungsweg ist, so kann die sperrende Wirkung des Reaktanzzweipols dadurch
verbessert werden, daß der Reaktanzzweipol als Gegenkopplungsimpedanz oder als Teil
einer Gegenkopplungsimpedanz wirkt. Wenn beispielsweise der aktive übertragungsweg
so gestaltet ist, daß an seinem Eingang ein Transistor T oder eine gleichwertige
Transistorschaltung liegt und eine Gegenkopplung mit einer außerhalb des Ubertragungsweges
befindlichen Impedanz eintreten soll, so fließen die Transistorströme über folgende
Anschlußpunkte wie in Fig.7: über den Anschluß 3 ein Steuerstrom ISt zur Steuerelektode
des Transistors T; über den Anschluß 7 der Ausgangsstrom 1Ades Transistors zum Innenleiter
des Kabels, d.h.zza ninen Anschlußpunkt des Verbrauchers des verstärkten Signals;
der Stromkreis des 1A schließt sich über den zweiten Anschlußpunkt dieses Verbrauchers,
d.h. den Außenleiter des Kabels, zum Massepunkt 2 und von dort zum Anschlußpunkt
3'; über den Anschluß 3' fließt der Summenstron
ISt + IA zur Quellelektrode
des Transistors. Diejenige Impedanz, die in derjenigen Transistorzuleitung liegt,
die den Summenstrom ISt + IA führt, bewirkt in bekannter Weise eine Gegenkopplung
für den Transistor T. Liegt in dieser Zuleitung wie in Fig.7 der Reaktanzzweipol
21, so bewirkt dieser eine Gegenkopplung, die bei Unendlichkeitsstellen der Reaktanz
sehr hohe Werte erreicht und so die Verstärkung des übertragungsweges auf der Frequenz
der Unendlichkeitsstelle sehr klein hält, also die unerwünschten Signale des betreffenden
weiteren Funkdienstes in dem Rundfunk-übertragungsweg weitgehend unterdrückt.
-
Die bisher beschriebenen Maßnahmen des parallelgeschalteten Reaktanzzweipols
und des in Serie geschalteten Reaktanzzweipols können gleichzeitig angewandt werden.
-
Da der Frequenzbereich des UKW-Rundfunks eine gewisse Breite besitzt,
sind bei Anordnungen mit qualitativ hochwertiger Übertragung des UKW-Rundfunkfrequenzbereichs
durchweg Bandfilter-Anordnungen in Verwendung. Da die Reaktanzzweipole 18 bzw. 21
eine frequenzabhängige Reaktanz besitzen, muß die Frequenzabhängigkeit dieser Reaktanz
bei der Berechnung der Bandfilter-Wirkung der passiven Schaltung lb im UKW-Rundfunkbereich
berücksichtigt werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Frequenzabhängigkeit
der Reaktanzzweipole bei der Schaffung der gewünschten Bandfilterwirkung gezielt
einzubeziehen.