DE2639947C2

DE2639947C2 - Aktive Scheibenantenne für LMK- und UKW- Empfang in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2639947C2
Application number: DE2639947A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl.-Ing. 5100 Aachen Sauer
Original assignee: Vereinigte Glaswerke 5100 Aachen De GmbH; Vereinigte Glaswerke 5100 Aachen GmbH
Current assignee: Vegla Vereinigte Glaswerke GmbH
Priority date: 1976-09-04
Filing date: 1976-09-04
Publication date: 1983-10-06
Also published as: US4163195A; IT1084735B; FR2363915A1; DE2639947A1; LU78074A1; FI772619A; JPS5332656A; FR2363915B1; AR212124A1; BR7705866A; SE7709907L; DK392777A; BE858382A; PT66988A; ES462084A1; NL7709680A; NO773045L; ZA775324B; PT66988B; AU2851777A

Description

a) die Induktivität (11) weist einen solchen Wert auf, daß durch ihre Drosselwirkung die LMK-Durchlaßkurve im Kurzwellenbereich zu den höheren Frequenzen hin begrenzt wird;

b) am verstärkerseitigen Ausgang des Antennenleiters ist hinter dem Koppelkondensator (8) gegen Masse ein Widerstand (23) angeschaltet, und

c) der Koppelkondensator (8) und der Widerstand (23) sind so bemessen, daß die LMK-Durchlaßkurve im Langwellenbereich zu den tieferen Frequenzen hin begrenzt ist

2. Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines T-förmigen Antennenleiters mit einem Fußpunktwiderstand im UKW-Bereich von ca. 300 Ohm die erste Kapazität (10) des jr-Gliedes etwa 4 pF, die Induktivität (11) etwa 0,5 μΗ, und die zweite Kapazität (12) etwa 1 pF betragen.

3. Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kapazität (10) des jf-Gliedes durch den kapazitive-n Anteil der Antennenzuleitung und die Leiterkapazität der Schaltung, und die zweite Kapazität (12) durch die Leiterkapazität der Schaltung und die Eingangskapazität des Transistors (25) gebildet wird.

Die Erfindung betrifft eine aktive Scheibenantenne für LMK- und UKW-Empfang in Kraftfahrzeugen mit einem auf oder in einer Windschutzscheibe angeordneten Antennenleiter und einer einen hochohmigen Transistor aufweisenden Verstärkerschaltung, bei der die Steuerelektrode des Transistors an den Fußpunkt des Antennenleiters über einen Koppelkondensator und eine Induktivität angekoppelt ist, die durch je eine vor und hinter ihr angeordnete Kapazität zu einem π-Glied ergänzt ist, mit dessen Hilfe eine Resonanz im UKW-Bereich gebildet ist.

Eine Scheibenantenne mit einer solchen Einwegverstärkerschaltung ist aus der DE-OS 21 36 759 in Verbindung mit der DE-OS 21 15 657, auf die in der zuerst genannten Offenlegungsschrift Bezug genommen ist, bekannt. Bei dieser bekannten Breitband-Ver-Stärkerschaltung werden auch die Signale in dem Zwischenbereich zwischen den für den Rundfunkempfang interessierenden Frequenzbereichen verstärkt. Da gerade in diesem Zwischenbereich häufig Sender außerhalb des kommerziellen Rundfunks sowie aus anderen Störquellen stammende Störspannungen empfangen werden, führen solche Breitbandverstärker leicht zu Empfangsstörungen beispielsweise durch Kreuzmodulationen.

Es ist ferner aus der DE-OS 21 66 893 eins Unipol-Empfangsantenne mit einer selektiv wirkenden Einwegverstärkerschaltung bekannt, deren Durchlaßkurve den beiden interessierenden Frequenzbereichen entspricht Für den UKW-Bereich ist in diesem Fall ein Serienresonanzkreis durch eine zwischen dem Antennenleiter und der Steuerelektrode des Transistors angeordnete Induktivität und durch die Eigenksipazität des Antennenleiters gebildet Im LMK-Bereich wird eine gewisse Bandbegrenzung durch eine zusätzliche Gegenkopplungsschaltung erreicht Eine gezielte Begrenzung des LMK-Berdchs ist mit dieser Verstärkerschaltung weder zu erreichen, noch ist sie hierbei beabsichtigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchlaßkurve einer aktiven Scheibenantenne der eingangs genannten Art derart zu beeinflussen, daß die Frequenzbereiche unterhalb des Langwellenbereichs und zwischen dem Kurzwellen- und dem UKW-Bereich weitgehend unterdrückt werden.

Die Erfindung besteht darin, daß zur Bildung von durch eine Lücke getrennten Durchlaßkurven für den LMK- und den UKW-Bereich folgende Maßnahmen ergriffen sind:

a) die Induktivität weist einen solchen Wert auf, daß durch ihre Drosselwirkung die LMK-Durchlaßkurve im Kurzwellenbereich zu den höheren Frequenzen hin begrenzt wird;

b) am verstärkerseitigen Ausgang des Antennenleiters ist hinter dem Koppelkondensator gegen Masse ein Widerstand angeschaltet, und

c) der Koppelkondensator und der Widerstand sind so bemessen, daß die LMKDurchlaßkurve im Langwellenbereich zu den tieferen Frequenzen hin begrenzt ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich sowohl eine sehr gute Rauschanpassung als auch eine gute Begrenzung der Durchlaßkurve im LMK- und im UKW-Bereich im minimalen Aufwand erreichen.

Bei der Anpassung des Verstärkers i:n den Antennenleiter ist zu beachten, daß im LMK-Bereich der Antennenleiter eine Kapazität in der Größenordnung von 40 pF mit einem Parallel-Beiwert von ca. 250 kOhm bildet. Der Verstärker sollte hier als eine sehr niedrige Eingangskapazität von weniger als 10 pF, und einen Eingangswiderstand von ca. 300 kOhm besitzen. Im UKW-Bereich liegt jedoch der Fußpunktwiderstand bei ca. 300 Ohm, also um drei Zehnerpotenzen niedriger als der Eingangswiderstand, so daß er in diesem Bereich durch eine entsprechende Schaltung auf den hochohmigen Eingangswiderstand des Verstärkers transformiert werden muß. Diese Funktion wird von der erfindungsgemäßen Schaltung ebenfalls erfüllt.

Bei Verwendung eines Doppelgate-MOS-Feldeffekttransistors und eines T-förmigen Antennenleiters mit einem Fußpunktwiderstand im UKW-Bereich von ca. 300 Ohm beträgt die erste Kapazität des π-Gliedes etwa 4 pF, die Induktivität etwa 0,5 μΗ, und die zweite Kapazität etwa 1 pF. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch

aus, daß die erste Kapazität des ir-Gliedes durch den kapazitiven Anteil des Antennenfußpunkt-Widerstandi-s und die Leiterkapazität der Schaltung, und die zweite Kapazität durch die Leiterkapazität der Schaltung und die Eingangskapazität des anschließenden Transistors gebildet werden. Es sind abü lediglich die Leiter der Verstärkerschaltung unter diesem Gesichtspunkt zu dimensionieren und anzuordnen, so daß eigene diskrete Kapazitäten in diesem FaI! nicht erforderlich sind. ίο

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Von den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine bekannte bevorzugte Anordnung des Antennenleiters einer aktiven Antenne auf einer Windschutzscheibe;

F i g. 2 eine aktive Antenne mit den Merkmalen der Erfindung in schematischer Darstellung;

F i g. 3 die angestrebten und die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreichten Durchlaßkurven, d. h. die Verstärkung VaIs Funktion der Frequenz f, und

F i g. 4 einen Teil der aktiven Scheibenantenne nach der Erfindung, nämlich die Verstärkerschaltung und die Eingangsschaltung.

F i g. 1 zeigt eine Windschutzscheibe 1 für ein Kraftfahrzeug, auf der in bekannter Weise ein Antennenleiter angeordnet ist, indem er entweder in die Zwischenfolie der Windschutzscheibe eingelegt ist, wenn diese aus Verbundglas besteht, oder aber in Form eines schmalen leitenden Streifens auf die Oberfläche der Windschutzscheibe aufgedruckt ist. Der Antennenleiter umfaßt einen in der Mitte der Windschutzscheibe vertikal angeordneten Leiterabschnitt 2 und einen in Form einer Schleife entlang dem oberen Scheibenrand horizontal angeordneten Leiterabschnitt 3. Der schleifenartige Leiterabschnitt 3 ist in seinem unteren Abschnitt auf einer Seite unterbrochen (Unterbrechung 4). Diese Unterbrechung 4 macht die Antenne elektrisch unsymmetrisch. Durch Verlagerung der Unterbrechung 4 kann die Richtwirkung der Antenne in gewissen Grenzen korrigiert werden. Am unteren Ende des Mittelleiters 2, dem Fußpunkt der Antenne, ist ein Anschlußelement 5 für die Verbindung mit dem Verstärker angeordnet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Antennenleiter über einen Koppeikondensator 8 auf ein yr-Glied geschaltet, das aus einer ersten Kapazität 10, einer Längsspule 11 und einer zweiten Kapazität 12 besteht. An dem an dem π-Glied liegenden Ausgang des Koppelkondensators 8 ist gegen Masse ein Widerstand 23 angeschaltet. Das jr-Glied 10, 11, 12 kann mit Hilfe in eines Widerstandsdiagramms graphisch dimensioniert werden. Unter der Forderung, daß der Fußpunktwiderstand des Antennenleiters in der Mitte des UKW-Bereiches, d. h. bei etwa 95 MHz, so transformiert wild, daß der Punkt der optimalen Rauschanpassung Z_opl für den verwendeten Transistor erreicht wird, ergibt die Auswertung für die Kapazität 10 bei Verwendung eines MOS-Feldeffekttransistors einen Wert von -i^pF, für die Längsspule 11 eine Induktivität von 0,5 μΗ, und für die Kapazität 12 einen Wert von 1,3 pF. Mit dieser Dimensionierung erhält man sowohl eine sehr gute Rauschanpassung als auch eine gute Durchlaßcharakteristik, die den in F i g 3 gestrichelt dargestellten Kurven 18,19 entspricht.

Man muß bei der Dimensionierung des ^-Gliedes die gewünschten Durchlaßkurven im LMK- und im UKW-Bereich ;m Auge behalten, die dem Verlauf entsprechen, der in F i g. 3 durch die Kurven 20 und 21 schematisch dargestellt ist. Um sich dieser gewünschten DurchJaßcharakteristik anzunähern, müssen die Kapazitäten 10 und 12 möglichst klein und die Induktivität 11 möglichst groß gehalten werden. Unter diesen Voraussetzungen lassen sich Teile des jr-Gliedes für die Gestaltung der unteren Durchlaßkurve mitbenutzen. Für den Verstärkungsabfall im unteren "Frequenzbereich sorgt dabei der Koppeikondensator 8 mit der niedrigen Kapazität, so daß die hier vorhandene hohe Störspannung nicht unnötig verstärkt wird. Die Spule 11 ist vor allem verantwortlich für den Abfall im Kurzwellenbereich und wirkt hier als Drossel. Die Durchlaßkurve im UKW-Bereich wird durch Resonanzabstimjnung der Kapazität 10, der Spule 11 und der Kapazität 12 erzeugt. Mit Hilfe eines Abstimmvorganges an der Spule 11 läßt sich die Durchlaßkurve exakt im interessierenden Empfangsbereich plazieren.

An das π-Glied 10,11,12 schließt sich der eigentliche Verstärker 14 mit einem MOS-Feldeffekttransistor an, der ein- oder mehrstufig ausgeführt werden kann, je nach dem, welcher Verstärkungsgrad gefordert wird. Es folgt ein Ausgangskondensator 16, der zusammen mit der Kapazität des Anschlußkabels zum Empfangsgerät unter 100 pF liegen sollte, damit der nachfolgende Empfängereingangskreis im LMK-Bereich abgestimmt werden kann.

Wie schon erwähnt, sollte der Eingang des Verstärkers im LMK-Bereich hochohmig sein. Dies wird ebenfalls erreicht durch die niedrigen Werte der Kapazitäten 10 und 12, und durch die Verwendung eines Transistors mit hochohmigem Eingangswiderstand, z. B. eines MOS-FET.

In Fig.4 ist das vollständige Schaltbild einer nach dem Prinzip der Erfindung aufgebauten Eingangs- und Verstärkerschaltung dargestellt. Insbesondere ist zu sehen, daß für die Kapazitäten des π -Gliedes keine diskreten Kondensatoren erforderlich sind, da sie durch die Kapazität der Antennenleitung, des Transistors und der Leitungen der Schaltung gebildet werden. Die Spule 11 mit einer Induktivität von 0,5 μΗ hat 21 Windungen eines 0,3 mm dicken Kupferdrahtes, und einen Innendurchmesser von 3,5 mm. Der Koppeikondensator 8 und der Ausgangskondensator 16 haben eine Kapazität von 18 bzw. 68 ρF. Wie weiter oben erwähnt, ist der Koppeikondensator 8 mitverantwortlich für die untere Begrenzung der Durchlaßkurve, und zwar genauer gesagt die Kombination des Koppelkondensators 8 mit dem Widerstand 23, in Verbindung mit der Antennenkapazität in der Größenordnung von 20 pF.

Bei dem MOS-Feldeffekttransistor 25 handelt es sich um einen Doppelgate-Transistor, bei dem im Gegensatz zur üblichen Ansteuerung das Gate G2 als Steuerelektrode benutzt wird. Gate G2 hat gegenüber C\ eine relativ flache und dementsprechend wenig gekrümmte Kennlinie. Durch diese Maßnahme kann der Intermodulationspegel um mehr als 1OdB angehoben werden. Gate C\ wird dagegen zur Einstellung des Arbeitspunktes benutzt.

Das aus den Kondensatoren 26, 28 und der Drosselspule 27 mit Kern bestehende Filter dient zur Abdrosselung von Störspannungen, die eventuell über die Versorgungsspannungsleitung in die Verstärkerschaltung eindringen können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Aktive Scheibenantenne fur LMK.- und UKW-Empfang in Kraftfahrzeugen mit einem auf oder in einer Windschutzscheibe angeordneten Antennenleiter und einer einen hochohmigen Transistor aufweisenden Verstärkerschaltung, bei der die Steuerelektrode des Transistors an den Fußpunkt des Antennenleiters über einen Koppelkondensator und eine Induktivität angekoppelt ist, ₎₀ die durch je eine vor und hinter ihr angeordnete Kapazität zu einem Λ-Glied ergänzt ist, mit dessen Hilfe eine Resonanz im UKW-Bereich gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von durch eine Lücke getrennten Durchlaßkurven für den LMK- und den UKW-Bereich folgende Maßnahmen ergriffen sind: