DE3243052A1

DE3243052A1 - Highly-linear active receiving antenna having two frequency bands

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Publication number: DE3243052A1
Application number: DE19823243052
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Flachenecker; Jochen Dr.-Ing. 8013 Haar Hopf; Heinz Prof. Dr.-Ing. 8033 Planegg Lindenmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: LINDENMEIER, HEINZ, PROF. DR.-ING., 8033 PLANEGG,
Priority date: 1982-11-22
Filing date: 1982-11-22
Publication date: 1984-05-24

Abstract

Published without abstract.

Description

HOCHLINEARE, AKTIVE EMPFANGSANTENNE FÜR ZWEI FREQUENZBEREICHE HIGHLY LINEAR, ACTIVE RECEIVING ANTENNA FOR TWO FREQUENCY RANGES

Die Erfindung betrifft eine Antenne in Form eines Dipols oder Unipols 1,2 für den Empfang des amplitudenmodulierten Rundfunks in einem unteren Frequenzbereich sowie des frequenzmodulierten Rundfunks in einem oberen Frequenzbereich, bei der die Länge des Dipols oder des Monopols so gewählt ist, daß sie im unteren Frequenzbereich sehr kurz gegen die Wellenlänge ist, und bei der ferner an die Ausgangsklemmen (3,4) des Dipols bzw. des Monopols eine Frequenzweiche angeschlossen ist, an deren einen Ausgang der Übertragungsweg 6 für den unteren Frequenzbereich und an deren anderen Ausgang der übertragungsweg 7 für den oberen Frequenzbereich angeschlossen ist, und die Frequenzweiche eine Tiefpaßschaltung für den unteren Frequenzbereich enthält, deren Eingang an den Dipol oder Monopol angeschlossen ist und deren Ausgang an die Steuerstrecke eines Feldeffekttransistors oder eines ähnlich wirkenden elektronischen Verstärkerelements mit hochohmig kapazitivem Eingang als Eingangstransistor 9 des Übertragungswegs für den unteren Frequenzbereich angeschlossen ist, und die Längsinduktivität L1 ganz oder teilweise die Primärspule eines Übertragers ist, an dessen Sekundärspule (L2) der Übertragungsweg 7 des oberen Frequenzbereichs angeschlossen ist und der Überirager eine primäre und/oder mit Hilfe der Schaltung 8 eine sekundäre Resonanz im oberen Frequenzbereich besitzt und ein Verstärker 11 mit Bipolar- oder Feldeffekttransistor 12 in Basis- bzw. Gate-schaltung vorhanden ist, der mit seinen Eingangsklemmen an den Ausgang der Schaltung 8 im Übertragungsweg für den oberen Frequenzbereich angeschlossen ist.The invention relates to an antenna in the form of a dipole or unipole 1.2 for the reception of the amplitude-modulated broadcast in a lower frequency range as well as frequency-modulated broadcasting in an upper frequency range in which the length of the dipole or monopole is chosen so that it is in the lower frequency range is very short compared to the wavelength, and at which the output terminals (3, 4) of the dipole or the monopole a crossover is connected to one of them Output of the transmission path 6 for the lower frequency range and other The output of the transmission path 7 for the upper frequency range is connected, and the crossover contains a low-pass circuit for the lower frequency range, whose input is connected to the dipole or monopole and whose output is connected to the Control path of a field effect transistor or a similar electronic one Amplifier element with high-resistance capacitive input as input transistor 9 of the Transmission path for the lower frequency range is connected, and the series inductance L1 is wholly or partially the primary coil of a transformer, on its secondary coil (L2) the transmission path 7 of the upper frequency range is connected and the A primary resonance and / or, with the aid of the circuit 8, a secondary resonance in the upper frequency range and has an amplifier 11 with a bipolar or field effect transistor 12 is present in the base or gate circuit, which is connected to its input terminals connected to the output of the circuit 8 in the transmission path for the upper frequency range is.

Antennen dieser Art werden vorzugsweise zum Rundfunkempfang verwendet.Antennas of this type are preferably used for radio reception.

Hierbei wird der untere Frequenzbereich für die Übertragung der amplitudenmodulierten Wellenbänder (LMK) verwendet und der obere für die UKW-Übertragung vorgesehen. Solche Antennen werden häufig als kleine aktive Autoantennen eingesetzt.The lower frequency range is used for the transmission of the amplitude-modulated Wavebands (LMK) used and the upper one intended for VHF transmission. Such Antennas are often used as small active car antennas.

Antennen dieser Art sind bekannt aus DAS 23 10 616. Dort ist z.B. in Figur 11 eine Transistorschaltung beschrieben, die für den UKW-Verstärker einen Bipolartransistor 10 vorsieht. Bei derartigen Antennen besteht die Problematik, daß die Antennenkapazität in Verbindung mit der Primärinduktivität L1 des Übertragers und der Eingangskapazität des Verstärkers für den niederen Frequenzbereich eine Spannungsüberhöhung im oberen Frequenzbereich besitzt. Dadurch entsteht an der Eingangskapazität des Verstärkers für den unteren Frequenzbereich eine vergleichsweise große Spannung bei Frequenzen des oberen Frequenzbereichs. Zusätzlich bildet sich an dieser Kapazität insbesondere in der Nähe von amplitudenmodulierten Rundfunksendern (LMK-Bereich) eine verhältnismäßig große Spannung aus.Antennas of this type are known from DAS 23 10 616. There, e.g. In Figure 11, a transistor circuit described for the VHF amplifier a Provides bipolar transistor 10. The problem with antennas of this type is that the antenna capacitance in connection with the primary inductance L1 of the transformer and the input capacitance of the amplifier for the low frequency range Has excessive voltage in the upper frequency range. This arises at the input capacitance of the amplifier for the lower frequency range a comparatively high voltage at frequencies in the upper frequency range. In addition, this creates capacity especially in the vicinity of amplitude-modulated radio transmitters (LMK area) a relatively great tension.

Durch die unvermeidbare Nichtlinearität der Eingangskapazität dieses Verstärkers, der im allgemeinen einen Feldeffekttransistor enthält, erfolgt eine nichtlineare Frequenzumsetzung des AM-Bereichs in den UKW-Bereich und umgekehrt. Empfängt die Antenne ein- FM-Signal (UKW-Bereich) und gleichzeitig ein AM-Signal (LMK-Bereich), wie es in Fig.la dargestellt ist, so entstehen die in Fig.lb gestrichelt dargestellten Störsignale, d.h. in der Nachbarschaft der Frequenz des FM-Signals erscheint der AM-Träger mit seinen Seitenbändern im Abstand seiner Eigenfrequenz von UKW-Träger. Dieses durch Nichtlinearitäten entstandene Signal wird über die Ubertragerkopplung auf die Sekundärseite des Übertragers gebracht und bleibt als Störsignal im UKW-Frequenzspektrum erhalten. Diese LMK-UKW-Konversion bewirkt Empfangsstörungen im UKW-Bereich derart, daß im Autoradio, das auf die Frequenz dieses durch Störung entstandenen Trägers abgestimmt ist, die Modulation des AM-Träyers in Folge der FM-Uemodulation verzerrt hörbar wird.Due to the inevitable non-linearity of the input capacitance this Amplifier, which generally contains a field effect transistor, takes place Non-linear frequency conversion of the AM range into the VHF range and vice versa. The antenna receives an FM signal (VHF range) and an AM signal at the same time (LMK area), as shown in Fig.la, the dashed lines in Fig.lb arise interference signals shown, i.e. in the vicinity of the frequency of the FM signal the AM carrier appears with its sidebands spaced apart from its natural frequency from VHF carrier. This signal resulting from non-linearities is transmitted via the Transfer coupling brought to the secondary side of the transformer and remains as Interfering signal received in the VHF frequency spectrum. This LMK-VHF conversion causes reception interference in the VHF range in such a way that in the car radio that is on the frequency of this by interference resulting carrier is matched, the modulation of the AM-Träyers as a result of the FM re-modulation becomes audible in a distorted manner.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antenne der eingangs genannten Art, die Empfangsstörungen zu vermeiden, die durch die nichtlineare Umsetzung des AM-Bereichs in den UKW-Bereich entstehen, derart, daß in der Sendernähe von LMK-Sendern die Störsignale nicht aus dem Eigenrauschen der Empfangsantenne heraustreten.The object of the invention is therefore, in an antenna of the initially named type to avoid the reception interference caused by the non-linear implementation of the AM area in the VHF area arise in such a way that in the vicinity of LMK transmitters, the interfering signals do not emerge from the inherent noise of the receiving antenna.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Quellimpedanz 10 am Ausgang der Schaltung 8 im oberen Frequenzbereich in der Nähe der für optimales Signal-Rauschverhältnis erforderlichen Impedanz des Verstärkertransistors 12 liegt und am Ausgang des Verstärkertransistors 12 eine Filterschaltung 13 für den oberen Frequenzbereich vorhanden ist und der Ausgang dieser Filterschaltung entweder direkt oder über eine weitere Verstärkerschaltung 14 mit der Antennenanschlußstelle 15 verbunden ist.According to the invention, this object is achieved in that the source impedance 10 at the output of circuit 8 in the upper frequency range in the vicinity of that for optimal Signal-to-noise ratio required impedance of the amplifier transistor 12 is and at the output of the amplifier transistor 12, a filter circuit 13 for the upper Frequency range is available and the output of this filter circuit is either direct or via a further amplifier circuit 14 to the antenna connection point 15 connected is.

Die Erfindung wird anhand folgender Figuren beschrieben. Es zeigen: Fig.1a: Ungestörte Signale im LMK- und UKW-Bereich.The invention is described with the aid of the following figures. Show it: Fig.1a: Undisturbed signals in the LMK and VHF range.

Fig.lb: Durch LMK-UKW-Konversion entstandenes Störsignal im UKW-Bereich.Fig.lb: Interfering signal in the VHF range caused by LMK-VHF conversion.

Fig.2: Antenne nach der Erfindung mit Verstärkertransistor 12 in Basisschaltung.Fig. 2: Antenna according to the invention with amplifier transistor 12 in a basic circuit.

Fig.3: Frequenzverlauf der komplexen Quellimpedanz 10 und Einyangsimpedanzen für Basisschaltung (Zeb) und Emitterschaltung (Zee) sowie Rauschanpassungsimpedanz (Zopt) des Verstärkers im oberen Frequenzbereich bei einer Ausführung nach der Erfindung.Fig. 3: Frequency curve of the complex source impedance 10 and single-phase impedances for basic circuit (Zeb) and emitter circuit (Zee) as well as noise matching impedance (Zopt) of the amplifier in the upper frequency range in an embodiment according to the invention.

Fig.4: Frequenzgang des Ausgangspegels bei konstanter Empfangsfeldstärke im oberen Frequenzbereich bei geeignetem Filter 13 und Frequenzgang der Rauschzahl Fig.5: Ausführungsform eines transformierenden Zweikreis-Bandfilters am Augang des Verstärkers in Basisschaltung für den oberen Frequenzbereich.Fig. 4: Frequency response of the output level with constant received field strength in the upper frequency range with a suitable filter 13 and frequency response of the noise figure Fig. 5: Embodiment of a transforming two-circuit band filter at the output of the Basic amplifier for the upper frequency range.

Fig.6: Transformierendes Zweikreis-Bandfilter mit Serienkapazität 18 zur Abtrennung von Signalen aus dem unteren Frequenzbereich.Fig. 6: Transforming two-circuit band filter with series capacity 18 for separating signals from the lower frequency range.

Bei der aus DAS 23 10 616 , Fig.11, vorbekannten Antenne ist der Transistor für den oberen Frequenzbereich in Emitterschaltung betrieben. Es ist bekannt, daß die Impedanz für optimales Signal-Rauschverhältnis eines Transsitors (Zopt)in Emitterschaltung oder Basiscnaltung praktisch gleich ist, und diese Impedanz zwar nicht identisch ist mit seiner Eingangsimpedanz in Emitterschaltung (Zee), jedoch in ählicher Größenordnung liegt. Dadurch stellt die Eingangsimpedanz dieses Transistors in Emitterschaltung keine niederohmige Belastung des Sekundärkreises des Übertragers dar. Wird der Verstärkertransistor für den oberen Frequenzbereich, wie es die vorliegende Erfindung vorsieht, jedoch in Basisschaltung betrieben, so stellt die Eingangsimpedanz dieser Schaltung (Zeb) eine niederohmige Last dar.In the antenna known from DAS 23 10 616, FIG. 11, the transistor is operated in emitter circuit for the upper frequency range. It is known that the impedance for an optimal signal-to-noise ratio of a transsitor (Zopt) in an emitter circuit or basic circuit is practically the same, and this impedance is not identical is with its input impedance in the emitter circuit (Zee), but in a similar order of magnitude lies. This sets the input impedance of this transistor in the common emitter circuit does not represent a low-resistance load on the secondary circuit of the transformer. If the amplifier transistor for the upper frequency range as envisaged by the present invention, however operated in a basic circuit, the input impedance of this circuit (Zeb) a low-resistance load.

Durch diese niederohmige Last wird auch die Ausbildung großer Spannungen an der Steuerstrecke des Transistors 9 für den unteren Frequenzbereich unterbunden und die nichtlinearen Effekte, die durch Spannungssteuerung der Eingangskapazität auftreten, vermieden. Die Antenne arbeitet folglich störungsfrei. Die Wahl der Quellimpedanz 10 in der Nähe der Rauschanpassungsimpedanz für den Antennentransistor 12 stellt andererseits sicher, daß das Signal-Rauschverhältnis am Ausgang dieses Transistors für den oberen Frequenzbereich optimal ist. Durch den Resonanzcharakter der Eingangsschaltung für den oberen Frequenzbereich wird erreicht, daß das Empfangsverhalten des Übertragungsweg für den unteren Frequenzbereich nicht beeinträchtigt wird.This low-resistance load also causes high voltages to develop prevented at the control path of the transistor 9 for the lower frequency range and the non-linear effects created by voltage control of the input capacitance occur, avoided. The antenna therefore works without interference. The choice of source impedance 10 is close to the noise matching impedance for the antenna transistor 12 on the other hand, ensure that the signal-to-noise ratio at the output of this transistor is optimal for the upper frequency range. Due to the resonance character of the input circuit for the upper frequency range it is achieved that the reception behavior of the transmission path for the lower frequency range is not affected.

Fig.2 zeigt eine Antenne nach der Erfindung mit dem Verstärkertranssistor 12 in Basisschaltung. Aufgrund der in dieser Schaltungsart notwendigen hohen Belastungsimpedanz am Transsitorausgang ist ein Filter 13 am Verstärkerausgang erforderlich. Gegebenenfalls kann die Verstärkung durch einen nachgeschalteten Verstärker 14 zusätzlich vergrößert werden. Im Regelfall wird man versuchen, mit einem einzigen Verstärkertransistor auszukommen. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht deshalb die Anwendung einer Filterschaltung 13 vor, die so gestaltet ist, daß bei gegebener Feldstärke der empfangenen Welle in Abhängigkeit von der Frequenz die Signalamplitude im oberen Frequenzbereich am Ausgang dieses Filters, das an die Anschlußstelle 15 angeschlossen ist, weitgehend frequenzunabhängig ist.Fig.2 shows an antenna according to the invention with the amplifier transistor 12 in basic circuit. Due to the high load impedance required in this type of circuit A filter 13 is required at the amplifier output at the transsitor output. Possibly the gain can be additionally increased by a downstream amplifier 14 will. As a rule, one will try to use a single amplifier transistor get along. One embodiment of the invention therefore provides for the use of a Filter circuit 13 before, which is designed so that for a given field strength of the received Wave the signal amplitude in the upper frequency range as a function of the frequency at the output of this filter, which is connected to the connection point 15, largely is frequency independent.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird- dieses Filter als ein transformierendes Zweilereisbandfilter, wie in Bild 5 dargestellt, für den oberen Frequenzbereich ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform ist das transormierend Zweikreisbandfilter wie in Fig.6 an seinem Ausgang über die Koppelkapazität 18 mit der Antennenanschlußstelle 15 verbunden. Diese Kapazität hat die Aufgabe, das Filter 13 an seinem Ausgang von Signalen aus dem unteren Frequenzbereich hochohmig zu entkoppeln. Zur Lösung der Transformationsaufgabe von der hochohmigen Kollektor- bzw. Drain-Seite des Verstärkertransistors 12 auf die in der Regel niederohmigen Antennenanschlußstelle 15 wird vorteilhaft ein Übertrager mit der hochohmigen Primärwicklung 16 und der niederohmigen Sekundärwicklung 17 verwendet.In an advantageous further development of the invention, this filter is used as a transforming two-ice band filter, as shown in Figure 5, for the executed in the upper frequency range. In a further embodiment, this is transformative Dual-circuit band filter as in FIG. 6 at its output via the coupling capacitance 18 the antenna connection point 15 connected. This capacity does the job of the filter 13 to decouple at its output from signals from the lower frequency range with high resistance. To solve the transformation task from the high-resistance collector or drain side of the amplifier transistor 12 to the generally low-resistance antenna connection point 15 is advantageously a transformer with the high-resistance primary winding 16 and the low-resistance secondary winding 17 is used.

Um bei vorgegebener Antennenhöhe im oberen Frequenzbereich optimales Signal-Rauschverhältnis zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Kurve der Quellimpedanz 10 in der komplexen Impedanzebene so zu gestalten, daß sie eine oder mehrere Schleifen um den Punkt für optimales Signal-Rauschverhältnis (Zopt) bildet. In einer wegen ihrer Einfachheit besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Quellimpedanz so gestaltet, daß die Impedanzkurve den Punkt der Impedanz für optimales Signal-Rauschverhältnis in einer möglichst kleinen Schleife im oberen Frequenzbereich gerade einmal umschlingt, wie es in Fig.3 dargestellt ist.In order to achieve the best possible antenna height in the upper frequency range To achieve the signal-to-noise ratio, it is advantageous to use the curve of the source impedance 10 in the complex impedance plane so that they have one or more loops around the point for optimal signal-to-noise ratio (Zopt). In one way The source impedance is a particularly advantageous embodiment of its simplicity designed so that the impedance curve is the point of impedance for optimal signal-to-noise ratio wraps around in the smallest possible loop in the upper frequency range, as shown in Fig.3.

Claims

Claims 1. Antenna in the form of a dipole or unipole (1,2) for the reception of the amplitude-modulated broadcast in a lower frequency range as well as frequency-modulated broadcasting in an upper frequency range in which the length of the dipole or monopole is chosen so that it is in the lower frequency range is very short compared to the shaft length, and at which the output terminals (3, 4) of the dipole or the monopole a crossover is connected to one of them Output of the transmission path (6) for the lower frequency range and their other The output of the transmission path (7) for the upper frequency range is connected, and the crossover contains a low-pass circuit for the lower frequency range, whose input is connected to the dipole or monopole and whose output is connected to the Control path of a field effect transistor or a similar electronic one Amplifier element with high-resistance capacitive input as input transistor (9) of the transmission path for the lower frequency range is connected, and the Series inductance (L1) is wholly or partially the primary coil of a transformer, the transmission path (7) of the upper frequency range on its secondary coil (L2) is connected and the transformer is a primary and / or using the circuit (8) Has a secondary resonance in the upper frequency range and an amplifier (11) with bipolar or field effect transistor (12) in base or gate circuit available is that with its input terminals to the output of the circuit (8) in the transmission path is connected for the upper frequency range, characterized in that the Source impedance (10) at the output of the circuit (8) in the upper frequency range in the vicinity the impedance of the amplifier transistor required for an optimal signal-to-noise ratio (12) and at the output of the amplifier transistor (12) a filter circuit (13) for the upper frequency range is available and the output of this filter circuit either directly or via a further amplifier circuit (14) with the antenna connection point (15) is connected.

2. Antenna according to claim 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß the filter circuit (13) on the output side with the antenna connection point (14) is connected and this circuit is designed so that at a given field strength of the received wave depending on the frequency the signal amplitude in the upper Frequency range at the output of this filter is largely independent of frequency.

3. Antenna according to claim 2, d a d u r c h y e k e n n z e i c h n e t, that the filter is a transforming two-circuit band filter.

4. The antenna of claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß the second resonance circuit of the band filter is the primary winding of a transformer contains (16) and the secondary winding (17) via a Koppelkapa7ilät (18), which for the lower frequency range is high impedance, connected to the antenna connection point (15) is.

5. Antenna according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß the source impedance (10) in the upper frequency range in the complex Impedance level one or more loops around the point of impedance for optimal Signal-to-noise ratio (Zopt) forms.

6. Antenna according to claim 5, characterized in that the source impedance (10) with a given length of the dipole or monopole (1,2) is designed so that the impedance curve is the point of impedance for optimal signal-to-noise ratio in as small a loop as possible in the upper frequency range.