DE3529157C2

DE3529157C2 -

Info

Publication number: DE3529157C2
Application number: DE3529157A
Authority: DE
Inventors: Seiji Aichi Jp Matsushita; Akira Ichinomiya Jp Fujishima; Isao Haruhimura Aichi Jp Arika; Joji Inazawa Jp Nakamura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1985-08-14
Publication date: 1989-03-30
Also published as: DE3529157A1; JPH0666643B2; US4675634A; JPS6148224A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abstimmkreis mit veränderbarer Kapazität für den Empfang von Hochfrequenzsignalen mit einer ersten Reaktanzdiode und einer dazu parallel geschalteten Reihenschaltung aus einer zweiten Reaktanzdiode und einer Abstimmspule.

Der Zweck eines derartigen Abstimmkreises oder Kanalwählers besteht darin, den Empfang einer Mehrzahl von Fernsehkanälen, vor allem beim Kabelfernsehen, zu ermöglichen. Insbesondere in Nordamerika oder europäischen Ländern, wie z. B. Belgien, wurde das Mehrkanal-Kabelfernsehen eingeführt, wodurch durch die Anzahl der Sendekanäle zunimmt. Mit der Zunahme der Anzahl der VHF-Kanäle ist es daher erforderlich, einen für den Empfang einer Vielzahl von Kanälen geeigneten Abstimmkreis zu verwenden.

Das Prinzip eines auf eine Mehrzahl von Fernsehkanälen einstellbaren bekannten Abstimmkreises (JP 58-95 418 A) ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser Figur stellt A einen Antennenkreis für die Aufnahme vorbestimmter Frequenzen von Antennensignalen, B einen HF-Verstärker, C einen Zwischenstufen-Doppelabstimmkreis und D eine Mischerschaltung dar.

Im einzelnen weist gemäß Fig. 1 der Antennenkreis einen VHF-Antenneneingangsanschluß 1, eine Band-I-Abstimmspule 2, eine Band-II-Abstimmspule 3 sowie eine Band-III-Abstimmspule 4 auf. Ferner sind eine Reaktanz- oder Varactordiode 5 und eine weitere Reaktanzdiode 6 in Abstimmkreisen 16 vorgesehen, sowie ein Schalter 7, ein verstärkender MOS-FET (Metalloxid-Feldeffekttransistor) 8, eine Zwischenstufen- Primär-Band-I-Abstimmspule 9, eine Zwischenstufen-Sekundär-Band- I-Abstimmspule 10, eine Zwischenstufen-Primär-Band-II- Abstimmspule 11, eine Zwischenstufen-Sekundär-Band-II- Abstimmspule 12, eine Zwischenstufen-Primär-Band-III- Abstimmspule 13, eine Zwischenstufen-Sekundär-Band-III- Abstimmspule 14 und einen Misch-MOS-FET 15.

In Fig. 2 ist der Abstimmkreis 16 aus Fig. 1 gezeigt. Ein Anschluß 17 ist an dem Verbindungspunkt zwischen den Reaktanzdioden 5 und 6 angeschlossen. Dieser Verbindungspunkt ist mit einem Anschluß verbunden, an den eine Spannung angelegt wird, um den Kapazitätswert der Reaktanzdiode 5 zu ändern, wodurch die Resonanzfrequenz des Abstimmkreises verändert wird.

Dieser Abstimmkreis besitzt jedoch eine zu kleine veränderbare Kapazität, um ihn auf eine Mehrzahl von Kanälen abzustimmen. Auch ist es bei diesem Abstimmkreis im Vergleich mit einer Abstimmeinrichtung zum Empfangen von 12 VHF-Kanälen oder dgl. schwierig, die Bildfrequenz für den Empfang der Mehrzahl von Kanälen hinzuzufügen, so daß das Bildstörverhältnis schlecht ist. Schließlich erweist sich auch der Rauschfaktor des bekannten Abstimmkreises als verbesserungsbedürftig.

Bei einem anderen bekannten Abstimmkreis (US 41 60 964), der eine große Bandbreite im Hochfrequenzbereich aufweisen soll, ist nur eine einzige Reaktanzdiode vorgesehen, deren scheinbarer Kapazitätswert durch einen ihr parallel geschalteten Reihenschaltkreis aus einer Induktivität und einer Kapazität herabgesetzt werden soll. Ferner ist zur Vermeidung parasitärer Resonanzen der Kapazität des Reihenschaltkreises eine weitere Kapazität über einen Widerstand parallel geschaltet. Es ist daher ein verhältnismäßig aufwendiger Aufbau erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abstimmkreis der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß er bei einem vergrößerten Abstimmbereich, d. h. einer erhöhten Anzahl von Empfangskanälen, eine erhöhte Selektivität und bessere Rauscheigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Anschluß der Reaktanzdioden (18, 19) mit Erde verbunden ist und daß die Abstimmspule (20) zwischen den beiden anderen Anschlüssen der Reaktanzdioden (18, 19) liegt.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft erläutert ist. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen elektronischen Abstimmeinrichtung zum Abstimmen auf Mehrfachkanälen,

Fig. 2 ein Schaltbild eines herkömmlichen Abstimmkreises,

Fig. 3A und 3B Schaltbilder von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Abstimmkreises mit veränderbarer Kapazität für den Empfang von Hochfrequenzsignalen,

Fig. 4A und 4B jeweils Ersatzschaltbilder eines herkömmlichen Abstimmkreises und eines erfindungsgemäßen Abstimmkreises, bei dem eine Kapazität C _b (24) zwischen der Verbindung der Bauelemente 19, 20 und Erde angeschlossen ist,

Fig. 5A und 5B jeweils andere Ersatzschaltbilder der herkömmlichen Schaltung und der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 6 ein Diagramm des Rauschfaktors einer elektronischen Mehrkanal-Empfängerabstimmeinrichtung,

Fig. 7 ein Diagramm, in dem die Kapazität einer Reaktanzdiode über der Spannung aufgetragen ist,

Fig. 8 ein Diagramm, in dem die Eingangs/Ausgangskapazitäten eines MOS-FETs über der Frequenz aufgetragen sind,

Fig. 9 ein Diagramm, in dem das Bildfrequenz-Störverhältnis einer elektronischen Abstimmeinrichtung über der Frequenz aufgetragen ist,

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der VHF-Kanäle, die von einer elektronischen 139-Kanal-Abstimmeinrichtung für das Fernsehen in Nordamerika empfangen werden und

Fig. 11 ein Schaltbild der elektronischen 139-Kanal-Abstimmeinrichtung für das Fernsehen in Nordamerika, bei der eine Antenne und ein Zwischen Doppelabstimmkreis angeschlossen sind.

Fig. 3A zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Abstimmkreis dieses Ausführungsbeispiels besteht aus den Reaktanzdioden 18 und 19 und einer Abstimmspule 20. Ein Anschluß der Reaktanzdioden 18 und 19 ist jeweils geerdet und die Abstimmspule 20 ist zwischen den anderen Anschlüssen der Reaktanzdioden 18 und 19 angeschlossen.

Fig. 3B zeigt ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das geeignet ist, als 2-Band- oder 3-Band-Abstimmkreis zu dienen, indem ein Schalter 7 betätigt wird.

Wie in Fig. 3B gezeigt ist, ist der Anschluß 17 mit einem Anschluß der Reaktanzdiode 18 verbunden, und der erdseitige Anschluß der anderen Reaktanzdiode 19 ist mit Erde über die Abstimmspulen 21 und 22 für das zweite und das dritte Band verbunden. Einer der Anschlüsse der Reaktanzdiode 19 ist über die Abstimmspule 20 für das erste Band mit dem einen Anschluß der Reaktanzdiode 18 verbunden. Der Schalter 7 ist aus einem Schalter 7 a für die Abstimmung des ersten Bandes und mit einem Schalter 7 b für die Abstimmung des zweiten Bandes ausgebildet.

Das in Fig. 3A gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit dem herkömmlichen Beispiel von Fig. 2 verglichen.

Einstellbares Kapazitätsverhältnis

Wenn ein Abstimmkreis in ein Gerät eingebaut wird, wird ihm hinzugefügt:

(1) die Kapazität der mit dem Anschluß 17 verbundenen Schaltung,
(2) die Kapazität zwischen den Bauelementen und
(3) die Kapazität zwischen den Knotenpunkten der verbundenen Bauelemente und Erde.

Diese Kapazitäten setzen das Verhältnis der veränderbaren Kapazität des Abstimmkreises einer elektronischen Abstimmeinrichtung bzw. eines Kanalwählers herab.

Wenn die herkömmliche Schaltung von Fig. 2 mit dem in Fig. 3A gezeigten erfindungsgemäßen Abstimmkreis verglichen wird, stellt sich heraus, daß die drei Kapazitätswerte (1), (2) und (3) bei der Erfindung jeweils dieselben Werte wie die Kapazitätswerte bei der herkömmlichen Schaltung sind. Die Kapazitätswerte zwischen dem Anschluß 23 und Erde in den Abstimmkreisen von Fig. 2 und 3A oder die Kapazitätswerte (3) beeinflussen jedoch die einstellbaren bzw. veränderbaren Kapazitätsverhältnisse der Abstimmkreise jeweils unterschiedlich.

Wenn bei den Schaltungen der Fig. 2 und 3A der Kapazitätswert zwischen dem Anschluß 23 und Erde durch C _b dargestellt wird, erhält man die Ersatzschaltungen Fig. 4A und 4B. Ein Kondensator 24 besitzt diese Kapazität C _b.

Wenn die beiden Reaktanzdioden die gleichen sind, ist das veränderbare Kapazitätsverhältnis NA des Abstimmkreises von Fig. 2 gegeben durch

wobei CL die Kapazität über der Reaktanzdiode in Fig. 4 ist, wenn an diese eine minimale Spannung angelegt ist, und CH diese Kapazität ist, wenn eine maximale Spannung angelegt wird.

Da das Verhältnis zwischen CL und CH annähernd konstant ist, kann es ausgedrückt werden als

CL = n CH.

Das veränderbare Kapazitätsverhältnis NA kann somit gegeben sein durch

Das veränderbare Kapazitätsverhältnis NB bei der erfindungsgemäßen Schaltung von Fig. 3A kann ausgedrückt werden durch

Das Verhältnis NB/NA kann berechnet werden, indem angenommen wird, daß n CH»C _b ist.

Somit ist NB<NA. Dies bedeutet, daß der Abstimmkreis von Fig. 3A ein größeres variables Kapazitätsverhältnis als der Abstimmkreis von Fig. 2 hat oder daß die Abstimmfrequenz über einen größeren Bereich verändert werden kann, indem mehr Empfangskanäle gesetzt werden können.

Trennschärfe-Eigenschaften

Wenn ein Abstimmkreis in ein Gerät eingebaut wird, insbesondere in einer häufig verwendeten gedruckten Schaltkarte, werden ihm hinzugefügt:

(1) der Wirkleitwert der angeschlossenen Schaltung,
(2) der Wirkleitwert zwischen den Bauelementen und
(3) der Wirkleitwert zwischen einem Element und Erde.

Diese Wirkleitwerte setzen die Resonanzschärfe Q des Abstimmkreises herab.

Wenn die herkömmliche Schaltung von Fig. 2 mit dem in Fig. 3A gezeigten erfindungsgemäßen Abstimmkreis verglichen wird, stellt sich heraus, daß die drei Wirkleitwerte (1), (2) und (3) bei der Erfindung jeweils dieselben sind wie bei der herkömmlichen Schaltung. Die Wirkleitwerte zwischen dem Anschluß 23 und Erde beeinflussen jedoch bei der Schaltung von Fig. 2 und 3A die Resonanzschärfe der Abstimmkreise jeweils unterschiedlich.

Wenn der Wirkleitwert zwischen dem Anschluß 23 und Erde bei den Abstimmkreisen von Fig. 2 und 3A durch g und die anderen Wirkleitwerte durch G dargestellt werden, erhält man die in Fig. 5A und 5B dargestellten Ersatzschaltungen.

In Fig. 5A und 5B stellt 25 den Wirkleitwert einer zwischen dem Punkt 17 und Erde angeschlossenen Schaltung, den Wirkleitwert über das Baulement und den Wirkleitwert zwischen dem Knotenpunkt der Bauelemente und Erde dar, und 26 stellt den Wirkleitwert zwischen dem Anschluß 23 und Erde dar.

Die Admittanz, d h. der Scheinleitwert, YA des herkömmlichen Abstimmkreises von Fig. 5A kann ausgedrückt werden durch

wenn vom Anschluß 17 aus betrachtet wird.

Der Realteil GAO des Scheinleitwertes YAO bei der Abstimmfrequenz ω _o wird umgewandelt, indem

in den obigen Ausdruck eingesetzt wird, zu

Vom Anschluß 17 her betrachtet, kann auch der Scheinleitwert YB des Abstimmkreises von Fig. 5B ausgedrückt werden durch

Der Realteil GBO des Scheinleitwerts YBO bei der Abstimmfrequenz l _o kann bestimmt werden zu

Somit kann GAO-GBO berechnet werden als

Somit ist GAO<GBO, d. h. die Resonanzschärfe Q des Abstimmkreises gemäß der Erfindung ist größer als die des herkömmlichen Abstimmkreises; somit ist die Abstimm- bzw. Trennschärfe besser.

Dies bedeutet, daß ein Verlust gering ist und daß die Rauscheigenschaften besser sind.

Bei einem Fernsehabstimmkreis ist an den Abstimmkreis ein Hochfrequenzverstärker oder eine Mischerschaltung angeschlossen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Heutzutage wird häufig ein MOS-FET bei diesem Verstärker oder der Mischerschaltung verwendet, da er ausgezeichnete Kreuzmodulationseigenschaften besitzt. Andererseits wurde eine Messung der Rauschfaktoren der Abstimmeinrichtungen ausgeführt, bei denen in den Abstimmkreisen jeweils für die Diode 18 von Fig. 3 eine Reaktanzdiode mit großem einstellbaren Kapazitätsverhältnis (bei der

wobei diese Diode als Reaktanzdiode mit großem N-Verhältnis bezeichnet wird, wie in Fig. 7 durch die Kurve 27 gezeigt ist) und für die Diode 19 eine Reaktanzdiode mit etwa einem halb so großen veränderbaren Kapazitätsverhältnis verwendet wurde (die N=5 besitzt und als Reaktanzdiode mit normalem N-Verhältnis bezeichnet wird, wie in Fig. 7 durch die Kurve 28 gezeigt ist). Fig. 6 zeigt die gemessenen Ergebnisse, wobei die Kurve 29 die Rauscheigenschaften der Abstimmeinrichtung darstellt, bei der die Reaktanzdiode mit großem N-Verhältnis verwendet wird, und die Kurve 30 die Rauscheigenschaften der Abstimmeinrichtung darstellt, bei der eine Reaktanzdiode mit normalem N-Verhältnis für die Diode 18 verwendet wird. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Abstimmeinrichtung mit dem Abstimmkreis, bei dem die Reaktanzdiode mit normalem N-Verhältnis verwendet wird, um 2 dB in den Kanälen beim niedrigen Ende eines jeden Frequenzbandes verbessert ist.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, beruht dies darauf, daß sich die Kapazitäten der Reaktanzdiode mit großem N-Verhältnis und mit normalem N-Verhältnis bei einer besonders niedrigen, an sie angelegten Spannung unterscheiden. Das heißt, wenn an Reaktanzdioden mit großem N-Verhältnis und normalem N-Verhältnis ein Volt angelegt wird, sind die Kapazitäten dieser Dioden jeweils etwa 40 pF bzw. 20 pF, d. h. die erste Kapazität ist zweimal so groß wie die letztere. Andererseits beträgt die Eingangskapazität des MOS-FET (beispielsweise in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet) gemäß Kurve 31 in Fig. 8 etwa 1 bis 6 pF. Der FET ist somit nicht an die Abstimmschaltung angepaßt bzw. auf diese abgestimmt, so daß ein Fehlanpassungsverlust auftritt, der den Rauschfaktor herabsetzt. Die Kurve 32 in Fig. 8 zeigt die Ausgangskapazität des MOS-FET.

Es erscheint somit besser, die Reaktanzdiode mit normalem N-Verhältnis für jede der beiden Reaktanzdioden 18 und 19 in dem Abstimmkreis zu verwenden, aber das veränderbare Kapazitätsverhältnis des Abstimmkreises wird unvermeidlich auf etwa die Hälfte herabgesetzt, was den Empfang von Mehrfachkanälen unwirksam macht.

Wenn die Reaktanzdiode mit normalem N-Verhältnis für die Reaktanzdiode 18 in Fig. 3 verwendet wird und wenn die Reaktanzdiode mit großem N-Verhältnis für die Reaktanzdiode 19 in Fig. 3 verwendet wird, kann aber in beträchtlichem Maße verhindert werden, daß das veränderbare Kapazitätsverhältnis abnimmt, und der Abstimmkreis besitzt einen ausgezeichneten Rauschfaktor.

Das veränderbare Kapazitätsverhältnis der Reaktanzdiode 18 ist nicht derart herabgesetzt, da die Kapazität einer an den Anschluß 17 des Abstimmkreises anzuschließenden Schaltung zur Diode 18 hinzugefügt wird.

Mit anderen Worten, es wird eine Reaktanzdiode mit relativ großem Kapazitätsverhältnis für den Empfang von Mehrfachkanälen für die Reaktanzdiode 19 und eine Reaktanzdiode mit relativ kleinem veränderbaren Kapazitätsverhältnis zur Verbesserung von Rauscheigenschaften für die Reaktanzdiode 18 verwendet. Auf diese Weise kann ein Mehrkanal-Empfängerabstimmkreis mit ausgezeichneten Rausch- und Trennschärfeeigenschaften ausgeführt werden.

Wenn der Abstimmkreis nach der Erfindung in der Mehrkanal- Kabelfernsehabstimmeinrichtung verwendet wird, kann er die Abstimmeinrichtung weiter als der herkömmliche Abstimmkreis von Fig. 2 verbessern; d. h. es können 5 Kanäle (30 MHz) zum Super- und Hyperband hinzugefügt werden, bei denen die maximalen, zu empfangenden Kanäle über 210 MHz liegen, und die Trennschärfe kann verbessert werden. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist somit das Bildfrequenz- Störverhältnis bei der erfindungsgemäßen Schaltung, das durch die Kurve 34 dargestellt ist, um 6 dB niedriger als das der herkömmlichen Schaltung, das durch die Kurve 33 dargestellt ist. Auf diese Weise kann die zukünftige Zunahme in der Kanalzahl gemeistert werden.

Auch wenn dieser erfindungsgemäße Abstimmkreis für dieselbe Anzahl von Kanälen verwendet wird, wie sie durch den herkömmlichen Abstimmkreis von Fig. 2 empfangen werden, ist der Verlust wegen seiner hohen Resonanzschärfe Q niedrig und das veränderbare Kapazitätsverhältnis wird groß. Die Abstimmspannung für den Kanal am niedrigen Ende kann somit erhöht werden, wenn dieselbe Abstimmungspannung für den Kanal am hohen Ende verwendet wird, wodurch das Rauschverhältnis um 1,5 dB verbessert wird.

Wenn die Reaktanzdiode mit dem kleineren variablen Kapazitätsverhältnis für die an den Anschluß 17 des erfindungsgemäßen Abstimmkreises angeschlossene Diode verwendet wird, ermöglicht somit dieser Abstimmkreis die Ausführung einer elektronischen Abstimmeinrichtung mit 139 Kanälen (bei denen die Anzahl der VHF-Kanäle 69 ist) für das Kabelfernsehen in Nordamerika, und diese Abstimmeinrichtung ist im Rauschverhalten und in der Trennschärfe ausgezeichnet und ist im VFH-Ein-Serien-3-Band-System ausgeführt. Fig. 10 zeigt die Kanäle und Bänder, die mit dieser Abstimmeinrichtung empfangen werden sollen.

Fig. 11 zeigt ein Schaltbild der elektronischen Abstimmeinrichtung mit 139 Kanälen, bei der der erfindungsgemäße Abstimmkreis verwendet wird.

Mit einem erfindungsgemäßen Abstimmkreis kann eine Mehrkanalempfänger- Fernsehabstimmeinrichtung hergestellt werden, die in den folgenden Punkten im Vergleich zu einer herkömmlichen Abstimmeinrichtung ausgezeichnet ist und zur Entwicklung des Mehrkanal-Kabelfernsehens beitragen kann:

(1) Das große variable Kapazitätsverhältnis des Abstimmkreises ist der zukünftigen Zunahme von Kanälen beim Kabelfernsehen gewachsen.
(2) Die hohe Resonanzschärfe des Abstimmkreises kann die Trennschärfe verbessern und die Kanalstörungen und Bildfrequenzstörungen herabsetzen, die besonders beim Mehrkanalempfang leicht auftreten. Da das Rauschverhalten ausgezeichnet ist, treten außerdem selten Störphänomene auf und es können klarere Videobilder wiedergegeben werden.
(3) Es kann eine Hochleistungs-Abstimmeinrichtung in einem Ein-Serien-3-Band-Aufbau hergestellt werden, die Videokanäle von 54 MHz bis 470 MHz beim nordamerikanischen Kabelfernsehen klar empfangen kann und eine kleinere Anzahl von Teilen als bei einer Ein-Serien-4-Band- oder Zwei-Serien-3-Band-Anordnung aufweist, und sie kann daher kleine Abmessungen aufweisen. Dies führt zu einer kleineren Anzahl von Teilen in einem Fernsehempfänger. Der Fernsehempfänger selbst kann somit eine kleine Größe erhalten.

Claims

1. Abstimmkreis mit veränderbarer Kapazität für den Empfang von Hochfrequenzsignalen, mit einer ersten Reaktanzdiode und einer dazu parallel geschalteten Reihenschaltung aus einer zweiten Reaktanzdiode und einer Abstimmspule, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß der Reaktanzdioden (18, 19) mit Erde verbunden ist und daß die Abstimmspule (20) zwischen den beiden anderen Anschlüssen der Reaktanzdioden (18, 19) liegt.

2. Abstimmkreis nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reaktanzdiode (18) ein veränderbares Kapazitätsverhältnis besitzt, das kleiner als das der zweiten Reaktanzdiode (19) ist.

3. Abstimmkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Abstimmspule (3, 4; 21, 22) zwischen dem erdseitigen Ende der zweiten Reaktanzdiode (19) und Erde angeschlossen ist.

4. Abstimmkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erdseitige Ende der zweiten Reaktanzdiode (19) mit einem Schalter (7 a) verbunden ist.

5. Abstimmkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgriff der zweiten Abstimmspule (3, 4; 21, 22) mit einem Schalter (7 b; 7) verbunden ist.