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Hochfrequenz-Empfangseinrichtung für mobilen Einsatz mit
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wenigstens zwei Antennen.
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Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Empfangseinrichtung für mobilen
Einsatz, vorzugsweise zum UKW-Rundfunkempfang in Fahrzeugen. Derartige aus Literatur
und Praxis in verschiedenen Varianten bekannte Einrichtungen bestehen durchwegs
aus einem Empfänger, einer Zuleitung und einer paseiven oder aktiven Antenne mit
einem einzigen meist als Teleskop ausgebildeten Antennenstab zur Aufnahme der elektromagnetischen
Wellen.
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Derartige Empfangseinrichtungen weisen einen schwerwiegenden Nachteil
auf, der den meisten Autoradiohörern unter der Bezeichnung "Lattenzaun-Effekt" bekannt
ist. Dabei handelt es sich um starke Rauscheinbrüche, die während der Fahrt durch
reflexionsverseuchte Gebiete (hauptsächlich Städte oder bergige Landschaft) vor
allem im UKW-Bereich in kurzen zeitlichen Abständen auftreten und einen vernünftigen
Empfang praktisch unmöglich machen.
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Diese Störungen entstehen durch Überlagerung direkter und reflektierter
Wellen, wobei sich große Feldatärkeschwankungen mit tiefen Minima an der Antenne
ergeben. Besonders ausgeprägt sind die beschriebenen Empfangsbeeinträchtigungen
bei Verwendung kurzer Antennenstäbe, wie sie z.B. von aktiven Antennen her bekannt
sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese etörenden Erscheinungen
mit möglichst einfachen, aber dennoch dauerhaft zuverlässig arbeitenden Mitteln
zu vermeiden oder wenigstens weitgehend zu vermindern.
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Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß wenigstens zwei, vorzugsweise
in einer gegenseitigen Abstand von mindestens einem Viertel der mittleren Betriebewellenlänge
angeordnete Empfangsantennen vorgesehen sind, von denen jeweils eine an einen Empfänger
angeschlossen ist0 und daß mit Hilfe einer
Umschalteinrichtung selbsttätig
auf eine andere Antenne umgeschaltet wird wenn der Signalpegel der angeschlossenen
Antenne einen bestimmten Wert unterschreitet.
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Der Schweliwert ist dabei zweckmäßigerweise so gewählt, daß bei UKW-Empfang
gerade noch keine Rauschstörungen im Empfänger auftreten. Mit dieser automatischen
Umschaltung ist eine wesentliche Verbesserung des UKW-Empfangs im Hinblick auf die
genannten Störungen erreicht. Praktische Empfangsversuche haben gezeigt, daß bei
Verwendung einer erfindungegemäßen Empfangseinrichtung erheblich weniger Lattenzaunstörungen
auftreten als bei Empfang mit einer herkömmlichen.
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Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Feldstärkeeinbrüche in verhältnismäßig
kurzen Abständen aufeinanderfolgen und die Wahrscheinlichkeit groß ist, mit einer
zweiten Antenne, die in einer Entfernung von mehr als eine Viertel der mittleren
Betriebswellenlänge angeordnet ist, nicht gleichzeitig in einem Feldstärkeminimum
zu liegen. Dieser Abstand ist für UKW und alle darüber liegenden Frequenzbereiche
so klein, daß er sich an jedem in Betracht kommenden Fahrzeug realisieren läßt.
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Die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung hat nichts zu tun mit den
bekannten Diversity-Anordnungen, bei denen fortlaufend die absoluten Pegel an zwei
Antennen gemessen und verglichen werden und ein ständiges Umschalten auf die Antenne
mit dem höheren Signalpegel stattfindet.
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Abgesehen davon, daß solche Anlagen nur bei Feststationen, z.B. zum
Ausgleich des unterschiedlichen Schwundes beim Kurzwellenempfang verwendet werden
und auch auf einem anderen Frequenzbereich arbeiten, wäre der Aufwand einer derartigen
Einrichtung flir das der Erfindung zugrunde liegende Anwendungsgebiet um Größenordnungen
zu hoch.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erindungsgemäßen Empfangseinrichtung
sind den Unteransprüche zu entnehmen.
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Bei einer Ausführung nach Anspruch 1 würde bei einem Abfall des Signalpegels
unter den eingestellten Schwellwert zwar auf die nächste Antenne umgeschaltet werden,
aber diese solange angeschlossen bleiben, bis an ihr ein ausreichend hohes Signal
empfangen wird. Durch die Maßnahme nach Anspruch 2 wird dagegen automatisch solange
reihur auf die
weiteren Antennen umgeschaltet, bis an einer der
Empfangspegel groß genug ist. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens
von Rauschstörungen der genannten Art noch weiter wesentlich vermindert.
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Ein Schaltungsaufbau nach Anspruch 3 hat sich in der Praxis als zweckmäßig
erwiesen Dabei kann gemäß den Ansprüchen 4 und 5 entweder ein elektronischer oder
ein elektromagnetischer Umschalter verwendet werden. Der erstgenannte hat gegenüber
dem zweiten den Vorteil einer großen Schaltgeschwindigkeit und damit einer geringen
Einschwingzeit des Empfangssystems.
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Außerdem treten keinerlei Umschaltgeräusche auf. Andererseits sind
die darin enthaltenen Dioden nicht LNK-tauglich. Bei Relaisumschaltern ist die Schaltgeschwindigkeit
langsam, Umschaltgeräusche müssen durch spezielle teuere Relais versieden werden
und es besteht eine größere Anfälligkeit durch verminderte Kontaktgabe. Auf der
anderen Seite sind sie sehr zuverlässig und vor allen Dingen störsicher gegen Überspannungen
und Spannungsspitzen. Es ist daher im Einzelfall zu entscheiden, welcher der beiden
Ausführungen der Vorzug gegeben wird.
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Der in Anspruch 6 angegebene Aufbau einer Steuerlogik stellt im Hinblick
auf Einfachheit und Funktionstüchtigkeit eine optimale Lösung dar.
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Veitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind im folgenden
anhand eines Beispiel es beschrieben.
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Die Figuren zeigen als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Rundfunk-Empfangseinrichtung
für Fahrzeuge mit zwei Antennenstäben und einem elektronischen Umschalter. Dabei
ist in Fig 1 die Einrichtung im Blockschaltbild mit den einzelnen für sich alleine
bekannten Komponenten und in Fig 2 ein möglicher Schaltungsaufbau des Umschalter
dargestellt.
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Zur Beschreibung der Schaltung wird zunächst der Empfang im UKW-Bereich
betrachtet und davon ausgegangen, daß die eine Antenne 1 über den Umschalter 3 an
den Rundfunk~ empfänger 4 angeschlossen ist. Diesem wird über eine Entkopplungsstufe
ein Teil des UKW-Zwischenfrequenzsignales
vor den Begrenzerstufen
entnommen, dessen Amplitude einerseite noch dem Hochfrequenz-Empfangspegel folgt
und zum anderen bereits derart selektiert ist daß nur eine Bewertung des jeweils
eingestellten Senders erfolgt. Dieses Signal gelangt anschließend in die Steuerlogik
5 der Umschalteinrichtung 6. Dort wird es zunächst im Pegelwandler 7 gleichgerichtet
und im Pegel dem Bedarf des nachfolgenden Gerätes angepaßt.
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Die Gleichrichtung kann selbstverständlich entfallen, wenn Rundfunkempfänger
zur Verfügung stehen, die bereits ein gleichgerichtetes, vor Empfangspegel abhängiges
Zwischenfrequenzsignal liefern. Dieses analoge Steuersignal wird in einem als Komparator
8 geschalteten Operationsverstärker mit einstellbarer Schwelle in ein Digitalsignal
umgewandelt.
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Dieser Schwellwert ist so eingestellt, daß das entsprechende Hochfrequenzsignal
am Empfängereingang gerade noch einen rauschfreien Empfang liefert. Der Komparator
8 enthält außerdem einen Pulsformer zur Flankenversteilerung und Pegelanpassung.
Er ist ausgangsseitig mit den ersten Eingang eines OR-Gliedes 9 direkt verbunden
und mit der zweiten über einen Taktgeber 10, der dann Rechteckschwingungen (mit
O beginnend) abgibt, wenn an seinem Eingang ein Signal O ansteht Der Ausgang des
OR-Gliedes 9 führt auf ein Flip-Flop 11, das den elektronischen Umschalter 3 steuert
Das Flip-Flop 11 ist negativ flankengetriggert, d.h., daß sich sein Ausgangszustand
nur dann ändert, wenn am Eingang ein Pegelsprung von 1 nach 0 erfolgt.
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Der Umschalter 3 besteht aus zwei gegenläufig zusammengegeschalteten
pin-Dioden 12, 13, auf die sowohl die an den Punkten D und E angeschlossenen Antennen
1, 2 über je einen Blockkondensator 14 15 als auch die beiden Ausgänge 1, B des
Flip-Flop 11 über jeweils eine Hochfrequenzdrossel 16, 17 geführt sind und deren
Zusammenschaltpunkt einerseits über einen Blockkondensator 18 zum Antenneneingang
des Empfängers 4 führt (Hochfrequenzweg) und zum anderen über eine Hochfrequenzdrossel
19 nach Masse (Gleichstromweg).
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Die Dioden 12, 13 schalten nur dann durch, wenn eine positive Gleichspannung
anliegt. Je nachdem, an welchem Ausgang A bzw. B des Flip-Flops 11 ein positives
Signal steht,
ist eine der Dioden 12 bzw. 13 leitend und damit über
die Verbindung der Anschlußpunkte D bzw E mit C die Antenne 1 bzw. 2 an der Empfänger
4 angeschlossen.
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Bei einem Wechsel des Ausgangszustandes des Flip-Flop 11 wird die
bisher leitende Diode gesperrt und die bisher gesperrte leitend, womit eine einfache
und funktionssichere Umschaltung des Empfänger von einer Antenne auf die andere
erreicht ist.
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Solange nun das Hochfrequenzsignal an der angeschlossenen Antenne
1 einen rauschfreien Empfang liefert und damit der
Pegel des Steuerlogik 5 zugeführten Zwischenfrequenzsignals über den am Komparator
8 eingestellten Schwellwert liegt, steht an dessen Ausgang, und somit auch am ersten
Eingang des OR-Gliedee 9, sowie am Eingang des Taktgebers 10 ein Signal 1. Am zweiten
Eingang des OR-Gliedes 9 entsteht somit ein Signal 0. Dies bedingt den Zustand 1
am Flip-Flop 11, so daß keine Umschaltung erfolgt und die Antenne 1 an den Empfänger
4 angeschlossen bleibt.
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Sinkt jedoch der Pegel des dem Empfänger 4 entnommenen Zwischenfrequenzsignals
unter den Schwellwert, so ergibt sich am Ausgang des Koiparators 8 und damit am
ersten Eingang des OR-Gliedes 9 und am Eingang des Taktgeber 10 ein Pegelsprung
von 1 auf O (negative Flanke); am zweiten Eingang des OR-Gliedes 9 steht jetzt das
Rechtecksignal des Taktgebers 10 an. Dieses liefert zunächst ein Signal 0, so daß
sich am Flip-Flop 11 ein Pegelsprung von 1 auf 0 ergibt, was eine Umschaltung auf
die andere Antenne 2 bewirkt.
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Die Amplitude des von dieser gelieferten Hochfrequenzsignals ist nun
entweder groß genug, daß der Pegel des dem Empfänger 4 entnommenen Zwischenfrequenzsignals
über dem am Komparator 8 eingestellten Schwellwert liegt, oder er iet ebenfalls
zu klein, so daß am Komparator-Ausgang das Signal 0 erhalten bleibt. Im ersten Fall
führt der Pegelsprung von 0 auf 1 am Ausgang des Komparators 8 zur Abschalten des
Taktgenerators 10, so daß am Eingang des Flip-Flops 11 ebenfalle ein Pegelaprung
von 0 auf 1 stattfindet und damit keine weitere Antennenumschaltung erfolgt, weil
ja das Flip-Flop 11 mit der negativen Flanke gesteuert wird.
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Im zweiten Fall würde bei einer vereinfachten Grundechaltung, bei
der der Komparator 8 direkt ar Flip-Flep 11 angeschlossen ist die Antenne 2 jetzt
solange an den Empfänger 4 angeschlossen bleiben, bis an ihr eine genügend hohe
Spannung empfangen wird. Gegenüber dieser Lösung iet bei der Schaltung nach dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines
Lattenzauneffektes noch wesentlich verringert, weil jetzt im Rhythmus des Taktgebers
10 ar Flip-Flop 11 abwechselnd Pegel sprünge ven 0 auf 1 und von 1 auf 0 entstehen
und bei letzteren jeweils eine Umschaltung auf die andere Antenne erfolgt.
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Selbstverständlich ist dabei die Taktfrequenz so bemessen, daß die
Periodendauer der Rechteckechwingung größer ist als die Einscbwingzeit der Unschalteinrichtung
6, damit ein weiteres Umschalten sicher verhindert wird, wenn an einer der Antennen
der Pegel groß genug ist, um ein Signal 1 ar Komparator-Ausgang zu erzeugen.
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Sobald diee der Fall ist, liefert der Taktgeber 10 kein Signal mehr
und verhindert somit ein weiteres Umschalten der Antenne.
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Der verwendete Komparator 8 weist in bekannter Weise eine Schalthysterese
auf, die dafür sorgt, daß nur eindeutige Über- oder Unterschreitungen des Schwellwertes
eine Änderung des Digitalsignals hervorrufen kann, und Störsignale oder kleine Amplitudenschwankungen
des Zwischenfrequenzsignals um den Schwellwert herum keine unerwünschten Umschaltungen
bewirken.
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Damit ist mit äußerst geringem Aufwand eine in jeder Hinsicht funktionssichere
Steuerlogik 5 geschaffen, die zusammen mit dem Umschalter 3 in der Lage ist, die
eingangs genannten Störungen weitestgehend zu vermeiden.
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Die beschriebene Schaltung kann im Prinzip auch dann verwendet werden,
wenn an Stelle des elektronischen Umschalters ein elektromagnetischer verwendet
werden soll. Es ist dann nur dafür Sorge zu tragen, daß das Flip-Flop 11 über eine
geeignete Rückkopplung eine Information über den Zustand des Relais erhält, da dieses
sowohl im abgefallenen. als auch im angezogenen Zustand den jeweiligen Antennenanschluß
entweder
aufrecht erhalten oder wechseln können muß Dieses Problem ist beispielsweise durch
einen Verstärker mit Rückkopplung und einem zweiten OR-Glied oder durch ein (selbstkontrollierendes)
JK-Master-Slave-Flip-Flop zu lösen. Außerdem ist dem Flip-Flop gegebenenfalls ein
Verstärker nachzuschalten, weil das Relais einen erheblich größeren Strom zieht
als die Dioden des elektronischen Umschalters 3.
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Mit der beschriebenen Schaltung ist also ein Minimum der genannten
Störungen beim Empfang von UKW oder eines höheren Frequenzbereiches erreichbar.
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Dagegen ist seine Wirkung für die langwelligen Signale des LMK-Bereiche
nicht so ausgeprägt. weil der erreichbare -
Abstand ron Antennen auf den hierfür in Betracht kommenden sehr viel kleiner ist,
als ein Viertel der mittleren Betriebswellenlänge des genannten Frequenzbereiches
und dabei die Wahrscheinlichkeit verhältnismäßig gering, daß eine Antenne einen
wesentlich höheren Signalpegel erhält als die andere. Aus diesem Grunde ist für
den genannten Frequenz~ bereich ein Bypaßfilter 20 vorgesehen, welches beispielsweise
die Antenne 1 direkt (unabhängig vom Schaltzustand des Umschalters 3) mit dem Empfänger
4 verbindet.
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Der Pegel des dem Empfänger 4 entnommenen Zwischenfrequenzsignals
ist bei LMK-Empfang allerdings sehr riel kleiner als der für den UKW-Bereich eingestellte
Schwellwert, so daß die Unschalteinrichtung ständig zwischen den Antennen hin und
her schaltet. Dies ist bei Verwendung eines elektronischen Umschalters ohne Bedeutung,
weil dabei praktisch keine Abnutzung erfolgt und die Umschaltungen nicht hörbar
sind, so daß für diesen Fall keine Änderung oder Ergänzung der Schaltung vorgenommen
werden muß. Das Bypaßfilter ist jedoch nötig, weil die pin-Dioden des Umschalters
3 nicht LfK-tauglich sind.
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Bei Verwendung eines elektromagnetischen Umschalters dagegen sind
zwar durch Verwendung spezieller Relais hörbare Schaltknackse vermeidbar, es können
jedoch Verschleißerscheinungen an den Kontakten auftreten Deshalb muß für diesen
Anwendungefall das ständige Hin- und Herschalten bei LMK-Empfang z.B.
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durcheinen zweiten Schwellwertschalter oder durch Simulierung eines
genügend hohen Zwischenfrequenzpegels am Komparator-Eingang wirksam vermieden werden.
Dabei kann dann das Bypaßfilter 20 entfallen.
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L e e r s e i t e