DE3423205A1 - AERIAL IN THE REAR WINDOW OF A MOTOR VEHICLE - Google Patents
AERIAL IN THE REAR WINDOW OF A MOTOR VEHICLEInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden und/oder Empfangen in der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus dem Heizfeld und einer Spule, die mit Hilfe zweier parallel geführter Drähte als Bifilarwicklung ausgeführt ist und deren beide Drähte auf der ersten Seite der Spule an die beiden Gleichstromanschlüsse des Heizfeldes und auf der zweiten Seite an die Pole der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.The invention relates to an antenna for transmitting and / or Received in the rear window of a motor vehicle, consisting of the heating field and a coil, which with the help of two parallel guided wires is designed as a bifilar winding and the two wires on the first side of the coil to the two DC connections of the heating field and on the second side to the poles of the DC voltage source are connected.
Eine Empfangsantenne dieser Art ist z.B. bekannt aus P 26 50 044. Bei dieser Antenne dient das Heizfeld als Antenne für den Empfang der LMK- und der UKW-Signale. Ein besonderes Problem stellt hierbei die Gleichstromzuführung für das Heizfeld dar. Insbesondere im LMK-Bereich, in dem das Heizfeld aufgrund der niedrigen Frequenz ein hochohtniges Antennenelement bildet, ist die Zuführung der großen, für die Heizung des Feldes notwendigen Gleichströme stets mit einer erheblichen Bedämpfung der Empfangssignale verbunden. Die Heizströme werden nach der dort angegebenen Erfindung über eine bifilar ausgeführte Drossel zugeführt, wobei diese Drossel dem Antennenelement bezüglich der hochfrequenten Signale parallel geschaltet ist. Hierbei zeigt sich, daß der direkte Anschluß des Antennenkreises eines Rundfunkempfängers über einen Abzweiganschluß an die als Empfangsantenne dienenden Heizelemente nur zu nicht zufriedenstellenden Empfangseigenschaften führt und eine Optimierung der Empfangseigenschaften auch nicht ermöglicht. Hinzu kommt, daß es bei niedrigen Frequenzen nicht möglich ist, den Blindwiderstand dieser Drossel breitbandig für den LMK-Bereich so groß zu gestalten, daß die Parallelschaltung dieses Elements zur Antenne das Empfangssignal nicht merklich beeinträchtigt. Im UKW-Bereich, in dem das Heizfeld ein wesentlich niederohmigeres Antennenelement bildet, kann die Verdrosselung der Gleichstromzuführung wesentlich einfacher und ohne großen technischen Aufwand durchgeführt werden.A receiving antenna of this type is known e.g. from P 26 50 044. With this antenna, the heating field serves as an antenna for the Reception of the LMK and VHF signals. The direct current supply for the heating field poses a particular problem here. In particular in the LMK area, in which the heating field forms a high-level antenna element due to the low frequency the supply of the large direct currents necessary for heating the field always with considerable damping connected to the received signals. According to the invention specified there, the heating currents are implemented via a bifilar Choke supplied, this choke being connected in parallel to the antenna element with respect to the high-frequency signals. This shows that the direct connection of the antenna circuit of a radio receiver via a Branch connection to the receiving antenna Heating elements only lead to unsatisfactory reception properties and an optimization of the Reception properties also not enabled. In addition, that At low frequencies it is not possible to set the reactance of this choke broadband for the LMK range to be made so large that the parallel connection of this element to the antenna does not noticeably impair the received signal. In the VHF range, in which the heating field forms a much lower-resistance antenna element, the throttling the direct current supply can be carried out much more easily and without great technical effort.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Antenne nach dem Stande der Technik ist die große Störeinkopplung in den Empfängereingang, insbesondere bei niedrigen Frequenzen. Diese "Another major disadvantage of this prior art antenna is the large interference coupling into the Receiver input, especially at low frequencies. These "
hochfrequenten Störungen sind durch die elektrischen Aggregate im Fahrzeug verursacht, wie z.B. durch Zünd- und durch Einspritzimpulse und durch digital arbeitende Komponenten im Fahrzeug wie z.B. durch eine digitale Motorelektrik. Da bei einer Antenne nach P 26 50 044 das Antennenelement sowohl mit dem Empfängereingang als auch, bei eingeschalteter Heckscheibenheizung, mit der hochfrequent gestörten Gleichspannungsversorgung verbunden ist, .sind zur Vermeidung von Empfangsstörungen Siebmaßnahmen in der Gleichspannungsversorgung mit hoher Wirksamkeit vor allem für den niederfrequenten LMK-Bereich erforderlich. Der technische Aufwand für diese Siebung ist u.a. auf Grund der hohen Heizstöme (bis zu 30 A) erheblich.High-frequency interference is caused by the electrical units in the vehicle, such as ignition and through Injection pulses and through digitally working components in the vehicle such as digital engine electronics. Included an antenna according to P 26 50 044, the antenna element both with the receiver input and when switched on Rear window heating, to which the high-frequency DC voltage supply is connected, are to be avoided of reception interference screening measures in the DC voltage supply with high effectiveness especially for the low-frequency LMK range is required. The technical effort for this sieving is due, among other things, to the high Heating currents (up to 30 A) are considerable.
Im Empfangsfall ist es bei derartigen Antennen erforderlich, einen möglichst guten Empfang mit einem guten Signal-Störverhältnis zu erreichen und also auch die Einkopplung von hochfrequenten Störungen z.B. aus dem Bordnetz des Fahrzeugs zu verhindern. Im Sendefall muß eine verlustarme Leistungsanpassung an das Speisekabel erreicht werden.In the case of reception, it is necessary with antennas of this type to have the best possible reception with a good one Achieve signal-to-interference ratio and thus also the coupling of high-frequency interference, e.g. from the on-board network of the vehicle. In the case of transmission, a low-loss power adjustment to the feeder cable must be achieved.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gute Empfangs- und ■ Sendeeigenschaften innerhalb des Nutz-Empfangsbandes zu schaffen und dabei für den Empfangsfall den Aufwand, der zur Siebung der niederfrequenten Störungen im Heizkreis erforderlich ist, so gering wie möglich zu halten.The object of the invention is therefore, in an antenna according to the preamble of claim 1, good reception and ■ To create transmission properties within the useful reception band and thereby the effort required for the reception case Screening of the low-frequency interference in the heating circuit is required to be kept as low as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die als Bifilarwicklung ausgeführte Spule 9 die Primärwicklung eines Transformators 10 bildet und die beiden Drähte der zweiten Seite der Spule hochfrequent mit der Fahrzeugkarosserie 3 verbunden sind und eine von der Primärwicklung 9 getrennte magnetisch angekoppelte Sekundärwicklung 11 vorhanden ist, an die ein Antennennetzwerk 12 mit der Antennenanschlußstelle 20,21 angeschlossen ist.This object is achieved in that the as Bifilar winding executed coil 9 forms the primary winding of a transformer 10 and the two wires of the second Side of the coil are connected to the vehicle body 3 at high frequencies and one that is separate from the primary winding 9 magnetically coupled secondary winding 11 is present, to which an antenna network 12 with the antenna connection point 20.21 is connected.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von ZeichnungenIn the following the invention is based on drawings
dargestellt und näher beschrieben. Es zeigen:shown and described in more detail. Show it:
Fig.1: Grundprinzip einer Antenne nach der ErfindungFig.1: Basic principle of an antenna according to the invention
Fig.2: Elektrisches Ersatzschaltbild einer Antenne nach der ErfindungFig. 2: Electrical equivalent circuit diagram of an antenna according to the invention
Fig.3: Antenne nach der Erfindung für nicht zu große Frequenzbereiche bei nicht zu niedrigen Frequenzen, z.B. für AutotelefonFig.3: Antenna according to the invention for not too large Frequency ranges with frequencies that are not too low, e.g. for car telephones
Fig.4: Aktive Empfangsantenne nach der Erfindung, z.B. für den UKW-RundfunkempfangFig. 4: Active receiving antenna according to the invention, e.g. for FM radio reception
Fig.5: Antenne nach der Erfindung für den Empfang breiter Frequenzbänder niedriger Frequenz (z.B. dem LMK-Empfang) mit einem Autoradio mit kapazitivem Eingangswiderstand.Fig. 5: antenna according to the invention for reception wider Frequency bands of low frequency (e.g. LMK reception) with a car radio with capacitive Input resistance.
Fig.6: einfaches elektrisches Ersatzschaltbild einer Antenne nach der Erfindung für ein breites Frequenzband niedriger Frequenz und einen fest gekoppelten TransformatorFig. 6: simple electrical equivalent circuit diagram of an antenna according to the invention for a wide frequency band of low frequency and a tightly coupled transformer
Fig.7: typische Frequenzabhängigkeit der Signalspannung U für ein breites Frequenzband niedriger Frequenz und eine kapazitive Belastung der Sekundärspule des Transformators.Fig. 7: Typical frequency dependency of the signal voltage U for a wide frequency band of low frequency and a capacitive loading of the secondary coil of the Transformer.
Fig.8: aktive Antenne nach der Erfindung für den Empfang breiter Frequenzbänder niedriger Frequenz und einem Verstärker kleiner Eingangskapazität.Fig. 8: active antenna according to the invention for reception wide frequency bands of low frequency and an amplifier with a small input capacitance.
Fig.9: Erweiterung für zwei FrequenzbereicheFig. 9: Extension for two frequency ranges
Fig.10:Fahrzeugheckscheibe mit zwei Heizfeldern, von denen das eine für eine Antenne nach der Erfindung verwendet wirdFig. 10: Vehicle rear window with two heating fields, of which one is used for an antenna according to the invention
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einem besseren Empfang, der sogar auch in einem breiten niederfrequenten Frequenzbereichs erreicht wird, und in einer Reduktion der Störungen, die über die Gleichstromeinspeisung in das Empfangssystem eingekoppelt werden sowie in einer einfachen Möglichkeit, die Anordnung für andere Sende- und/oder Empfangsfrequenzbereiche zu erweitern.The advantages achieved by the invention consist in particular in a better reception, even in a broad one low-frequency frequency range is achieved, and in a reduction in the interference caused by the direct current feed in the receiving system can be coupled and in a simple way, the arrangement for other transmission and / or To expand reception frequency ranges.
Anhand der Fig.1 wird das Grundprinzip der Antenne nach der Erfindung beschrieben. Auf der Heckscheibe 1 befindet sich ein Heizfeld 2, das als Antennenelement dient. Die Zuführung der Heizströme erfolgt über die beiden Gleichstromanschlüsse 5 und 6 des Heizfeldes, an die die erste Seite 4 der Primärwicklung angeschlossen ist. Diese besteht aus bifilaren eng benachbarten Drähten und bildet zusammen mit der Sekundärwicklung 11 einen Transformator 10 . Die beiden anderen Anschlüsse auf der zweiten Seite 7 der Primärwicklung 9 sind an die Gleichstromquelle 8 für die Heizung der Heizelemente angeschlossen. Diese Anschlüsse sind hochfrequenzmäßig mit der Fahrzeugkarosserie 3, im Beispiel der Fig.1 durch zwei Kondensatoren 22, verbunden.The basic principle of the antenna according to the Invention described. A heating field 2, which serves as an antenna element, is located on the rear window 1. The feeding of the Heating currents take place via the two direct current connections 5 and 6 of the heating field, to which the first side 4 of the primary winding connected. This consists of bifilar, closely spaced wires and, together with the secondary winding 11, forms one Transformer 10. The other two connections on the second side 7 of the primary winding 9 are connected to the Direct current source 8 connected for heating the heating elements. These connections are high frequency with the Vehicle body 3, connected by two capacitors 22 in the example of FIG.
An die Primärwicklung 9 ist die Sekundärspule 11 magnetisch angekoppelt. Die Windungszahl der Sekundärspule ist dabei geeignet gewählt, daß im Empfangsfall im Empfänger 14 , der über ein Antennennetzwerk 12 und die Antennenanschlußleitung angeschlossen ist, ein gutes Signal-Rauschverhältnis für die Empfangsfrequenz entsteht.The secondary coil 11 is magnetically connected to the primary winding 9 coupled. The number of turns of the secondary coil is suitably selected that in the case of reception in the receiver 14, the is connected via an antenna network 12 and the antenna connection line, a good signal-to-noise ratio for the Receiving frequency arises.
Das Antennennetzwerk 12 kann im Empfangsfall wahlweise als passives verlustarmes Transformationsnetzwerk oder als aktives Verstärker- und Transformationsnetzwerk ausgeführt werden. Bei Ausführung des Antennennetzwerks 12 als Verstärker- und Transformationsnetzwerk wird die Sekundärspule 11 geeignet gestaltet, daß sich an der Antennenanschlußstelle, also am Ausgang des Netzwerks 12 an den Klemmen 20 und 21, im vorgegebenen Frequenzbereich ein möglichst gutes Signal-Rauschverhältnis einstellt.In the case of reception, the antenna network 12 can optionally be used as a passive, low-loss transformation network or as an active one Amplifier and transformation network are executed. When the antenna network 12 is designed as an amplifier and Transformation network, the secondary coil 11 is designed to be suitable that at the antenna connection point, so on Output of network 12 at terminals 20 and 21, as good as possible in the given frequency range Adjusts the signal-to-noise ratio.
• ΊΟ *• ΊΟ *
Im Fall eines passiven Transformationsnetzwerks werden dieses Netzwerk 12 und die Sekundärspule 11 so ausgeführt, daß am Eingang des Empfängers 14 Widerstandsanpassung vorliegt. Eine derartige Anordnung kann auch zum Senden verwendet werden. In diesem Fall tritt an Stelle des Empfängers 14 ein Sender 14. Die Impedanzanpassung am Senderausgang erfolgt hierbei für maximale Ausgangsleistung.In the case of a passive transformation network, this network 12 and the secondary coil 11 are designed so that on Input of the receiver 14 resistance adjustment is present. Such an arrangement can also be used for transmission. In In this case, a transmitter 14 takes the place of the receiver 14. The impedance matching at the transmitter output takes place here for maximum output power.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Antenne bei niedrigen Frequenzen, (d.h. bei Wellenlängen, die wesentlich größer als die Abmessungen des Fahrzeugs sind) wird anhand des elektrischen Ersatzschaltbildes in Fig.2 für den Fall eines passiven Antennennetzwerks 12 deutlich. Bezüglich des Gleichstromanschlußklemmenpaares 5 und 6 kann das Heizfeld 2 als Signalspannungsquelle mit der Leerlaufspannung E*heff und der Impedanz des Heizfeldes Za zwischen diesem Klemmenpaar 5,6 und der Fahrzeugkarosserie 3 dargestellt werden. Bei niedrigen Frequenzen ist Za im wesentlichen durch die KapazitÄt Ca beschreibbar. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Sammelschienen des Heizfeldes nicht mit hochfrequent verlustbehafteten Materialien (Gummiberandung, Klebemittel) in Berührung kommen.The mode of operation of the antenna described at low frequencies (i.e. at wavelengths that are significantly greater than are the dimensions of the vehicle) is based on the electrical equivalent circuit diagram in Figure 2 for the case of a passive antenna network 12 clearly. With regard to the pair of DC connection terminals 5 and 6, the heating field 2 as a signal voltage source with the open circuit voltage E * heff and the impedance of the heating field Za between this pair of terminals 5, 6 and the vehicle body 3 are shown. At low Frequencies Za can essentially be described by the capacitance Ca. It is important to ensure that the Do not enclose busbars of the heating field with high-frequency lossy materials (rubber edging, adhesive) Come into contact.
E ist die Empfangsfeldstärke und heff die effektive Höhe des Heizfeldes. An dieses Klemmenpaar 5,6 ist die bifilar ausgeführte Primärwicklung 9 des Transformators 10 angeschlossen und an ihrem anderen Ende 7 hochfrequent niederohmig mit der Fahrzeugkarosserie 3 verbunden. Die Sekundärwicklung 11 wird dabei so ausgeführt, daß sich mit einem möglichst wenig aufwendigen verlustarmen Antennennetzwerk 12 am Ende der Antennenanschlußleitung die geforderte Impedanzanpassung an den Empfänger bzw. Sender 14 einstellt.E is the received field strength and heff is the effective height of the Heating field. The bifilar primary winding 9 of the transformer 10 is attached to this pair of terminals 5, 6 connected and at its other end 7 connected to the vehicle body 3 with high frequency and low resistance. the Secondary winding 11 is designed in such a way that it is possible to use a low-loss antenna network that is as inexpensive as possible 12 sets the required impedance matching to the receiver or transmitter 14 at the end of the antenna connection line.
Im Gegensatz zu der aus P 26 50 044 bekannten Antenne kann durch die Wahl einer geeigneten Sekundärspule 11 das Impedanzniveau an ihrem Ausgang (Klemmen 18,19) in weiten Grenzen frei wählbar eingestellt werden und damit auf einfache Weise an die weiterführende Sender- bzw. EmpfängerschaltungIn contrast to the antenna known from P 26 50 044, the choice of a suitable secondary coil 11 enables the Impedance level at its output (terminals 18, 19) can be freely selected within wide limits and thus easily Way to the further transmitter or receiver circuit
angepasst werden. Das transformatorische Prinzip ist zudem sehr breitbandig, so daß die Wirkungsweise der Antenne auch für breite Frequenzbänder optimiert werden kann.be adjusted. The transformer principle is also very broadband, so that the operation of the antenna for wide frequency bands can be optimized.
Die Anordnung aus Heizfeld 2 und Transformator 10 führt bei niedrigen Frequenzen zu einem Hochpaßverhalten mit einer Resonanzüberhöhung bei der Resonanzfrequenz, die sich aus der Antennenkapazität Ca und der Primärinduktivität des Übertragers sowie der wechselstrommäßigen Belastung der Sekundärwicklung 11 durch das Antennennetzwerk 12 ergibt. Legt man diese Resonanzfrequenz ans untere Frequenzbandende des Betriebsfrequenzbereichs, so wird auch am unteren Frequenzbandende die Signalübertragung der Antenne ausreichend. Diese Dimensionierung erlaubt eine Minimierung der Primärinduktivität des Übertragers 10. Damit ist ein minimalen Drahtaufwand verbunden, mit dem auch minimale Verluste an Heizleistung einhergehen.The arrangement of heating field 2 and transformer 10 leads to low frequencies to a high-pass behavior with a resonance increase at the resonance frequency, which results from the Antenna capacitance Ca and the primary inductance of the transformer as well as the alternating current load on the secondary winding 11 through the antenna network 12 results. If you put this resonance frequency at the lower end of the frequency band of the Operating frequency range, the signal transmission of the antenna is sufficient even at the lower end of the frequency band. This dimensioning allows the primary inductance of the transformer 10 to be minimized Wire expenditure associated with which also minimal losses of heating power are associated.
Ein entscheidender Vorteil der transformatorischen Ankopplung des Antennennetzwerks 12 an das Heizfeld 2 ist die Tatsache, da die der Heizgleichstromquelle 8 des Fahrzeugs überlagerten hochfrequenten Störströme, die ebenfalls durch das Heizfeld fließen, nicht in das Empfangssystem eingekoppelt werden und damit auch nicht den Empfang beeinträchtigen können. Diese hochfrequenten Störströme sind durch die elektrischen Fahrzeugagregate (z.B. Zündung, Lichtmaschine, digitale Motorelektrik u.a.) verursacht. Diese Störströme durchfließen die Primärwicklung 9 des Übertragers 10 auf Grund der großen Eigeninduktivität der bifilar ausgeführten Wicklung zwei Mal in gleicher Größe in gegensinniger Richtung, so daß sich ihre magnetischen Wirkungen aufheben und auf die Sekundärwicklung kein Signal übertragen wird und daher auch keine Störungen ins Empfangssystem eingekoppelt werden.A decisive advantage of the transformer coupling of the antenna network 12 to the heating field 2 is the fact that there is the high-frequency interference currents superimposed on the heating direct current source 8 of the vehicle, which are also caused by the heating field flow, are not coupled into the receiving system and thus cannot impair reception. These High-frequency interference currents are caused by the electrical vehicle units (e.g. ignition, alternator, digital Engine electrics, etc.). These interference currents flow through the primary winding 9 of the transformer 10 due to the large Self-inductance of the bifilar winding executed twice in the same size in opposite directions, so that their cancel magnetic effects and no signal is transmitted to the secondary winding and therefore no interference in the Receiving system are coupled.
Die Auskopplung des Empfangssignals über einen Abzweiganschluß der Heizelemente, wie in P 26 50 044 vorgesehen, führt dagegen zwangsweise zu einer Einkopplung der Störspannungen, die über die Störströme an dem durch die Heizelemente gebildeten hochfrequenten Widerstand entstehen, ins Empfangssystem. Die amThe decoupling of the received signal via a branch connection of the heating elements, as provided in P 26 50 044, leads on the other hand inevitably to a coupling of the interference voltages that are generated by the heating elements via the interference currents high-frequency resistance arise in the receiving system. The on
Heizfeld abgegriffene Störpannung ist dabei nur unwesentlich kleiner als die gesamte, der Gleichspannungsquelle der Heizung von den störenden Fahrzeugaggregaten überlagerte Störspannung.The interference voltage picked up from the heating field is only insignificantly smaller than the entire DC voltage source of the heater interference voltage superimposed by the interfering vehicle assemblies.
Bekanntlich reduziert -die Kapazität parallel zu einer kapazitiven Antenne die Antennenbandbreite und damit die Leistungsfähigkeit der Antenne. Aus diesem Grund ist die wirksame Parallelkapazität zwischen dem Klemmenpaar 5,6 und dem Masseanschluß (Fahrzeugkarosserie 3) so klein wie möglich zu halten. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zur Vermeidung einer Zuleitungskapazität die Primärwicklung des Transformators 10 auf der ersten Seite 4 der bifilaren Spule 9 über möglichst kurze leitende Verbindungen und 17 (Fig.1) mit den Gleichstromanschlüssen 5 und 6 des Heizfeldes verbunden.As is well known, the capacity is reduced in parallel to one capacitive antenna the antenna bandwidth and thus the performance of the antenna. Because of this, the effective parallel capacitance between the pair of terminals 5, 6 and the ground connection (vehicle body 3) to be as small as possible keep. In an advantageous embodiment of the invention, the Primary winding of the transformer 10 on the first side 4 of the bifilar coil 9 via conductive connections that are as short as possible and 17 (Fig.1) are connected to the direct current connections 5 and 6 of the heating field.
Insbesondere bei niedrigen Frequenzen ist es im Interesse einer möglichst kleinen Streuinduktivität des Transformators 10 notwendig, die magnetische Kopplung zwischen der Primärwicklung 9 und der Sekundärwicklung 11 möglichst groß zu wählen. Dies geschieht am einfachsten durch Wahl eines für die Primär- und Sekundärwicklung gemeinsamen Wickelkörpers mit einem gemeinsamen Ferritkern 15. Durch die erhöhte Permeabilität des Ferritkerns wird die erforderliche Windungszahl und damit der Drahtbedarf und die Verluste an Heizleistung so klein wie möglich gehalten.Particularly at low frequencies, it is in the interest of the smallest possible leakage inductance of the transformer 10 necessary to choose the magnetic coupling between the primary winding 9 and the secondary winding 11 as large as possible. this The easiest way to do this is to choose a bobbin with one that is common to the primary and secondary windings common ferrite core 15. Due to the increased permeability of the ferrite core, the required number of turns and thus the Wire requirement and the loss of heating power are kept as small as possible.
Um die zweite Seite 7 der Spule 9 im Betriebsfrequenzbereich hochfrequent niederohmig mit der Fahrzeugkarosserie zu verbinden, werden sehr vorteilhaft frequenzselektive Schaltungen aus Blindelementen mit Gleichstromtrennung zur Karosserie verwendet. Solche Schaltungen werden vorzugsweise durch hinreichend große Kapazitäten (Fig.1), durch Serienresonanzkreise oder durch ähnlich wirkende Schaltungen realisiert.To the second side 7 of the coil 9 in the operating frequency range with high frequency and low resistance to the vehicle body connect, frequency-selective circuits made of reactive elements with direct current separation are very advantageous Body used. Such circuits are preferably carried out by sufficiently large capacitances (FIG. 1) Series resonance circuits or implemented by similarly acting circuits.
Zur Realisierung einer passiven Sende- bzw. Empfangsantenne kann bei nicht zu niedrigen Frequenzen und innerhalb eines nicht zu großen Frequenzbereichs (z.B. für Autotelefon) inTo implement a passive transmitting or receiving antenna, frequencies that are not too low and within a not too large a frequency range (e.g. for car phones) in
einem besonders einfachen Fall das Antennennetzwerk 12 als Durchschaltung ausgeführt (Fig.3)· Hierfür ist es erforderlich, die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Übertragers so zu gestalten, daß durch Transformation der Heizfeldimpedanz Za die an der Sekundärwicklung zwischen ihren Anschlüssen 18 und 19 meßbare Impedanz Z1 nahezu gleich dem Eingangswiderstand ZL der Antennenanschlußleitung ist.In a particularly simple case, the antenna network 12 is implemented as a through-connection (Fig. 3). to design the primary winding and the secondary winding of the transformer so that by transforming the heating field impedance Za those on the secondary winding between their terminals 18 and 19 measurable impedance Z1 is almost equal to the input resistance ZL of the antenna connection line.
Durch Einführung eines auf an sich bekannte Weise geeignet gestalteten Antennennetzwerks 12 wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die an den Anschlußklemmen der Sekundärwicklung 18 und 19 vorliegende Impedanz mit kleinerer Abweichung in die Nähe des Wellenwiderstands der Antennenanschlußleitung transformiert.By introducing an antenna network 12 suitably designed in a manner known per se, in a further Embodiment of the invention, the impedance present at the terminals of the secondary winding 18 and 19 is smaller Deviation transformed into the vicinity of the characteristic impedance of the antenna connection line.
In einer besonders vorteilhaften Weiterführung dieser Antenne als aktive Empfangsantenne (z.B. für den UKW-Rundfunkempfang) enthält das direkt angeschlossene Antennennetzwerk 12 zusätzlich einen verstärkenden Transistor 24 (Fig4). Vorteilhaft wird dieser mit Hilfe des verlustarmen Transformationsnetzwerks 23 eingangsseitig für optimales Signal-Rauschverhältnis angepasst. Die Ausgangsimpedanz dieses Transistors wird vorteilhaft mit Hilfe eines Anpassungsnetzwerks 25 in den Wellenwiderstand ZL der Antennenanschlußleitung transformiert.In a particularly advantageous development of this antenna as an active receiving antenna (e.g. for VHF radio reception) the directly connected antenna network 12 additionally contains an amplifying transistor 24 (FIG. 4). This is advantageous with the aid of the low-loss transformation network 23 on the input side for optimal Signal-to-noise ratio adjusted. The output impedance of this transistor is advantageous with the help of a Adaptation network 25 transformed into the characteristic impedance ZL of the antenna connection line.
Für den Empfang breiter Frequenzbänder niedriger Frequenzen, wie z.B. dem Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereichs (LMK), ist die oben beschriebene Impedanzanpassung nicht möglich. In diesem Frequenzbereich werden vielfach elektronisch abstimmbare Empfänger (Autoradio) mit kapazitiv hochohmigem Eingangswiderstand mit Feldeffekttransistor mit Ansteuerung am Gate verwendet. Die Eingangsimpedanz solcher Empfänger kann durch die Eingangskapazität Ce beschrieben werden (Fig.5). Die für derartige Empfänger verwendete Antennenanschlußleitung (13) ist kapazitätsarm und wirkt auf Grund ihrer im Vergleich zur Betriebswellenlänge geringen Länge als Parallelkapazität CL. In diesen Fällen ist die Eingangsimpedanz derFor the reception of wide frequency bands of low frequencies, such as the long, medium and short wave range (LMK), is the impedance matching described above is not possible. In this frequency range are often electronically tunable Receiver (car radio) with capacitive high-impedance input resistance with field effect transistor with control on Gate used. The input impedance of such receivers can be described by the input capacitance Ce (FIG. 5). the Antenna connection line (13) used for such receivers is low in capacitance and works because of their in comparison to Operating wavelength short length than parallel capacitance CL. In these cases the input impedance is the
3A232Ö53A232Ö5
Antennenanschlußleitung kapazitiv und kann durch die Kapazität Ce+CL beschrieben werden. Besonders einfach wird die Anordnung, wenn das Antennennetzwerk 12 als Durchschaltung ausgeführt wird. Damit ist Cp=Ce+CL. Optimales Signal-Rauschverhältnis im Empfänger entsteht dann, wenn die Signalspannung U an der Parallelkapazität Cp möglichst groß ist. Dies wird durch geeignete Ausgestaltung des Transformators 10 erreicht.Antenna connection line capacitive and can be described by the capacitance Ce + CL. The arrangement is particularly simple, when the antenna network 12 is implemented as a through-connection. So Cp = Ce + CL. Optimal signal-to-noise ratio in Receiver arises when the signal voltage U at the parallel capacitance Cp is as large as possible. This is going through suitable configuration of the transformer 10 is achieved.
Für den besonders vorteilhaften Fall einer festen magnetischen Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Transformators 10 wird das elektrische Verhalten der Empfangsantenne durch das elektrische Ersatzschaltbild in Fig.6 angenähert beschrieben. Hierin ist Lp die Induktivität der Frinärspule und ü das Spannungsübersetzungsverhältnis ü des Transformators, der an seinem Ausgang mit der Kapazität Cp belastet ist. Die Signalspannung U an der Parallelkapazität kann mit folgender Formel ermittelt werden:For the particularly advantageous case of a fixed magnetic Coupling between the primary and secondary winding of the transformer 10 is the electrical behavior of the Receiving antenna approximately described by the electrical equivalent circuit diagram in Fig. 6. Here Lp is the inductance of the Frinärspule and ü the voltage transformation ratio ü des Transformer, which is loaded at its output with the capacitance Cp. The signal voltage U at the parallel capacitance can be determined with the following formula:
U = E-h -_.c c\) U = Eh -_. C c \)
eff a „ _ 2 {n eff a "_ 2 {n
Hierin ist fr die Resonanzfrequenz, gebildet aus derHerein is the resonance frequency, formed from the
Heizfeldkapazität Ca parallel zu der auf der Primärseite des Transformators wirksamen Kapazität Cp*ü und der Eiger.induktivität der Primärspule Lp:Heating field capacitance Ca parallel to the capacitance Cp * ü and the effective on the primary side of the transformer Actual inductance of the primary coil Lp:
(2)(2)
Aus der Formel (1) geht hervor, daß bei Frequenzen, die wesentlich größer als fr sind, die Spannung U breitbar.öig konstant bleibt. Diese Spannung wird dann maximal (Um), wenn das übersetzungsverhältnis ü ungefähr zu:From the formula (1) it can be seen that at frequencies that are significantly greater than fr, the voltage U can be spread remains constant. This voltage is then maximal (Um) when the transmission ratio ü is approximately:
(Ca/Cp) (3)(C a / C p ) (3)
gewählt ist. Diese Spannung ergibt sich dann aus (1) zu:is chosen. This stress then results from (1) to:
= 0.5.E.heff- ^ (Ca/Cp) (4)= 0.5.Eh eff - ^ (C a / C p ) (4)
Für Frequenzen am unteren Bandende bedampfen die unvermeidbaren Spulenverluste das Signal. Dieses Absinken der Signalspannung mit kleiner werdender Frequenz kann durch Ausnutzung des Resonanzeffekts kompensiert oder überkompensiert werden. Unterhalb der Resonanzfrequenz fr fällt die Spannung U gemäß (f/fr) ab. Sehr vorteilhaft wird die Induktivität Lp derart gewählt, daß die Resonanzfrequenz fr um den Faktor 2* höher liegt als die niedrigste Frequenz fu des Empfangsbereichs (Fig. 7), weil dadurch im gesamten Betriebsfrequenzfcereich die Spannung U nicht unter den Wert Um absinkt. Die Eigeninduktivität kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung damit zu:For frequencies at the lower end of the band, the unavoidable vaporize Coil losses the signal. This decrease in the signal voltage with decreasing frequency can be achieved by utilizing the The resonance effect can be compensated or overcompensated. The voltage U falls below the resonance frequency fr according to (f / fr). The inductance Lp becomes very advantageous in this way chosen that the resonance frequency fr by a factor of 2 * higher lies as the lowest frequency fu of the reception range (FIG. 7), because this results in the Voltage U does not drop below the value Um. The self-inductance can be particularly advantageous Embodiment of the invention thus to:
1/(4- (27T-f )2.C1 / (4- (27T-f) 2 .C
gewählt werden. Bei dieser Dimensionierung ergibt sich sehr vorteilhaft der kleinstmögliche Wert für Lp.to get voted. With this dimensioning, the smallest possible value for Lp results very advantageously.
Ist die Antennenanschlußleitung an ihrem Eingang direkt mit den Anschlußklemmen 18 und 19 der Sekundärwicklung 11 verbunden, wird diese somit mit der Kapazität Cp=CL+Ce belastet. Durch geeignete Wahl der Induktivität der Primärwicklung und der Windungszahl der Sekundärwicklung gemäß der in der Gleichunger (1) mit (5) dargestellten Zusammenhänge wird somit im Empfänger I1I im gesanstfin Frequenzbereich ein gutes Signal-Rauschverhältnis erzielt. Nachteilig bei dieser Konzeption ist die verhältnismäßig große Kapazität Cp, die sich hauptsächlich aus der Kapazität CL der Antennenanschlußleitung ergibt und zu einer verhältnismäßig kleinen Spannung Um führt.If the antenna connection line is connected at its input directly to the connection terminals 18 and 19 of the secondary winding 11, this is thus loaded with the capacitance Cp = CL + Ce. By suitable selection of the inductance of the primary winding and the number of turns of the secondary winding in accordance with the relationships shown in equation (1) with (5), a good signal-to-noise ratio is achieved in the receiver I 1 I in the entire frequency range. The disadvantage of this design is the relatively large capacitance Cp, which results mainly from the capacitance CL of the antenna connection line and leads to a relatively low voltage Um.
Wesentlich günstiger ist es deshalb, am Eingang des Antennennetzwerks 12 einen kapaziv".i~- hochohmigen Breitbandverstärker anzuschalten. Die Signalspannung U sowie damit auch der Signal-Rauschabstand wird durch diese Maßnahme gemäß Gleichung (4) um den Faktor ..(Cp/CF) angehoben, wenn CF die Eingangskapazität des verwendeten Verstärkers ist. Solche Verstärker mit kleiner Eingangskapazität, kleinem Eigenrauschen und hoher Linearität sind z.B. bekannt aus DPS 21 15 657, DPS 20 21 331, DAS 25 54 828 und DAS 25 54 829 (s. Fig.8).Much cheaper, therefore, is 12, a capaci v ".i ~ at the input of the antenna network -. To turn on the high-resistance wide-band amplifier The signal voltage U, and hence the signal to noise ratio is by this measure in accordance with equation (4) by a factor .. (Cp / CF) if CF is the input capacitance of the amplifier used. Such amplifiers with small input capacitance, low self-noise and high linearity are known, for example, from DPS 21 15 657, DPS 20 21 331, DAS 25 54 828 and DAS 25 54 829 (see Sect. Fig. 8).
Häufig ist es erwünscht, mehrere verschiedene Empfangsfrequenzbereiche (z.B. LMK- und UKW-Rundfunkempfang im Fahrzeug) sowie z.B. einen oder mehrere Sende-Empfangsfrequenzbereiche (z.B. Autotelefon) mit einer einzigen Antennenstruktur zu realisieren. Dies ist mit einer Antenne nach der Erfindung vorteilhaft in der Weise möglich, wie dies für den Fall zweier Frequenzbereiche Fig.9 zeigt.It is often desirable to have several different reception frequency ranges (e.g. LMK and VHF radio reception in the Vehicle) as well as e.g. one or more transmit / receive frequency ranges (e.g. car phone) with a to realize a single antenna structure. This is advantageously possible with an antenna according to the invention in such a way that as Fig.9 shows for the case of two frequency ranges.
In Fig.9 sind zwei Bifilarwicklungen als Primärwicklungen zweier Transformatoren 10, zur Unterscheidung im folgenden mit 10a und 10b bezeichnet, zur Auskopplung zweier unterschiedlicher Frequenzbereiche vorhanden, wobei die Primärwicklungen beider Spulen 9a und 9b auf Grund der gleichstrommäßigen Serienschaltung vom Heizgleichstrom sowie von den hochfrequenten Störströmen nacheinander durchflossen werden und dadurch die oben beschriebenen Vorteile hinsichtlich der unterbleibenden Einkopplung von Störungen des Bordnetzes ins Empfangssystem für beide Frequenzbereiche erhalten bleiben. Entsprechend sind die Anschlüsse 18a und 19a bzw. 18b und 19b der beiden Sekundärwicklungen 11a und 11b der übertrager 10a und 10b an das gemeinsame Antennennetzwerk 12 mit der Antennenanschlußstelle 20,21 angeschlossen. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise eine Frequenzweiche 32 im Antennennetzwerks 12 enthalten (Fig.9).In Fig.9 there are two bifilar windings as primary windings two transformers 10, denoted below with 10a and 10b for differentiation, for decoupling two different frequency ranges available, the primary windings of both coils 9a and 9b due to the DC series connection of heating direct current and high-frequency interference currents flow through one after the other and thereby the advantages described above with regard to the omission of interference in the vehicle electrical system are retained in the receiving system for both frequency ranges. The connections 18a and 19a or 18b and 19b are corresponding of the two secondary windings 11a and 11b of the transformer 10a and 10b to the common antenna network 12 with the Antenna connection point 20,21 connected. In this case, a crossover network 32 is expediently in the antenna network 12 included (Fig. 9).
Weitere Dimensionierungsgesichtspunkte für eine derartige Antenne nach der Erfindung für zwei Frequenzbereiche sollen am Beispiel einer kombinierten LMK- UKW-Rundfunkempfangsantenne erläutert werden. Im Beispiel der Fig.9 ist dann der übertragerFurther dimensioning aspects for such an antenna according to the invention for two frequency ranges should be on Example of a combined LMK VHF radio receiving antenna explained. In the example in FIG. 9, the transmitter is then
10a für den UKW-Frequenzbereich, wie oben z.B. anhand der Fig.4 erläutert, dimensioniert. Die hochfrequenzmäßig niederohmige Verbindung der zweiten Seite der Primärwicklung 9a des Übertragers 10a ist dann wegen der relativ geringen Bandbreite des UKW-Bereichs mit Hilfe von Serienresonanzkreisen oder mit Schaltungen mit dem Charakter von Serienresonanzkreisen einfach realisierbar. Die Resonanzfrequenz dieser Serienresonanzkreise liegt zweckmäßigerweise innerhalb des UKW-Bereichs und der Resonanzblindwiderstand der Resonanzkreise wird so gewählt, daß die Niederohmigkeit im gesamten UKW-Frequenzbereich ausreichend ist. Gleichzeitig ist zu beachten, daß sich durch diese Serienresonanzkreise bei tiefen Frequenzen, hier dem LMK-Bereich, eine kapazitive Belastung der Heizscheibe ergibt, so daß der Serienresonanzkreis nicht unnötig niederohmig dimensioniert werden darf.10a for the VHF frequency range, as above e.g. with reference to Fig. 4 explained, dimensioned. The high-frequency, low-resistance Connection of the second side of the primary winding 9a of the transformer 10a is then because of the relatively low bandwidth of the VHF range with the help of series resonance circuits or with circuits with the character of series resonance circuits realizable. The resonance frequency of these series resonance circuits is expediently within the VHF range and the The resonance reactance of the resonance circuits is chosen so that the low resistance is sufficient in the entire VHF frequency range is. At the same time it should be noted that these series resonance circles at low frequencies, here the LMK range, results in a capacitive load on the heating panel, so that the series resonance circuit does not have an unnecessarily low resistance may be dimensioned.
Der übertrager 10b ist in diesem Beispiel für die Auskopplung des niederfrequenten, breiten LMK-Frequenzbereichs vorgesehen. Die niederohmige Verbindung der beiden Drähte auf der zweiten Seite der Spule 9b im übertrager 10b erfolgt dann zweckmäßigerweise am einfachsten über hinreichend große Kapazitäten (Fig.9).The transmitter 10b is for the decoupling in this example of the low-frequency, wide LMK frequency range is provided. The low-resistance connection of the two wires on the second The side of the coil 9b in the transformer 10b is then expediently carried out most simply over sufficiently large Capacities (Fig. 9).
Da die Primärinduktivität der Spule 9a im übertrager 10a für den Übertrager 10b eine Streuinduktivität darstellt, die die wirksame Kopplung reduziert, ist es vorteilhaft, wenn die Primärinduktivität der Spule 9a im Übertrager 10a im Vergleich zur Eigeninduktivität der Spule 9b im Übertager 10b klein ist. Dies ist dann in der Regel in ausreichenden Maße erfüllt, wenn am übertrager 10a das höherfrequentere Signal und am übertrager 10b das niederfrequentere Signal ausgekoppelt wird, wie dies im obigen Beispiel vorgesehen war.Since the primary inductance of the coil 9a in the transformer 10a for the transformer 10b represents a leakage inductance which reduces the effective coupling, it is advantageous if the Primary inductance of the coil 9a in the transformer 10a is small compared to the self-inductance of the coil 9b in the transformer 10b. As a rule, this is sufficiently fulfilled when the higher-frequency signal is present on the transmitter 10a and on the transmitter 10b, the lower-frequency signal is coupled out, as shown in example above.
Bei einer sinngemäßen Erweiterung einer Antenne nach der Erfindung auf mehr als auf 2 Frequenzbereiche wird man daher vorteilhaft den übertrager für den höchsten Frequenzbereich unmittelbar an die Gleichstromanschlüsse des Heizfeldes und den übertrager für den niederfrequentesten Frequenzbereich amIf an antenna according to the invention is extended to more than two frequency ranges, one will therefore Advantageously, the transformer for the highest frequency range is directly connected to the direct current connections of the heating field and the Transmitter for the lowest frequency range on the
entferntesten von den Gleichstromanschlüssen des Heizfeldes anschließen und die hochfrequenzmäßige Verbindung der zweiten Seiten der bifilaren Primärwicklungen 9 mit der Fahrzeugkarosserie 3 jeweils so ausführen, daß die Beeinflussung für die anderen Frequenzbereiche möglichst gering ist.furthest away from the direct current connections of the heating field connect and the high-frequency connection of the second sides of the bifilar primary windings 9 with the Carry out vehicle body 3 in such a way that the influence on the other frequency ranges is as small as possible is.
Bei Antennen nach der Erfindung kann der Drahtbedarf für die Primärwicklungen der übertrager minimal gewählt werden. Trotzdem kann bei sehr großen Heizleistungen und großen zu beheizenden Flächen die thermische Belastung der übertrager unzulässig hoch werden, vor allem wenn die Wicklungen auf einem Ferritkern aufgebracht sind. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, die Größe der über die Primärwicklungen 9 mit dem Heizgleichstrom beheizten Fläche kleiner als die insgesamt zu beheizende Fläche zu wählen (Fig.10) und nur diesen Teil des Heizfeldes als Antenne zu verwenden. Der restlichen Teil der zu beheizenden Fläche kann dann mit einem Heizfeld bedeckt werden, das nicht als Antenne verwendet wird.With antennas according to the invention, the wire requirement for the primary windings of the transformer can be chosen to be minimal. Nevertheless, with very high heating outputs and large areas to be heated, the thermal load on the transformer become impermissibly high, especially if the windings are applied to a ferrite core. In such cases it is Advantageously, the size of the area heated by the direct heating current via the primary windings 9 is smaller than that overall choose a heating surface (Fig. 10) and only use this part of the heating field as an antenna. The remaining part of the too The heating surface can then be covered with a heating field that is not used as an antenna.
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Claims (17)
dadurch gekennzeichnet ,3. Antenna according to claims 1 and 2,
characterized ,
dadurch gekennzeichnet ,4. Antenna according to claims 1 to 3,
characterized ,
dadurch gekennzeichnet ,16. Antenna according to claims 1 to 15
characterized ,
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