-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft einen Antennenverstärker und einen geteilt aufgebauten
Antennenverstärker,
die an einer Position in der Nähe
der Antenne anzuordnen sind und schwache, von einer Antenne empfangene Signale
verstärken.
-
2. Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
-
19 zeigt
den elektrischen Aufbau eines herkömmlichen Antennenverstärkers 1.
Der Antennenverstärker 1 wird
zur Verstärkung
von schwachen Hochfrequenzsignalen, die als Ergebnis des Empfangs
von Radiowellen durch eine Antenne induziert werden, an einer Position
in der Nähe
der Antenne verwendet, um das Signal/Rausch-Verhältnis (SN-Verhältnis) zu
verbessern. Das schwache Hochfrequenzsignal wird durch einen Verstärker 2 mit
geringem Rauschen verstärkt.
Ein Bandpassfilter (im Folgenden mit "BPF" abgekürzt) 3,
welches das Frequenzband begrenzt, und eine Dämpfungsschaltung (im Folgenden
mit "ATT"-Schaltung abgekürzt) 4 sind
an der Eingangsseite des Verstärkers 2 angeordnet.
Wenn der Ausgang des Verstärkers 2 ansteigt,
verringert eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung (im
Folgenden mit "AGC"-Schaltung abgekürzt) 5 den
Signaldämpfungsfaktor
der ATT-Schaltung 4, um die Gesamtverstärkung des Antennenverstärkers 1 zu
verringern. Der Antennenverstärker 1 hat
die weitere Wirkung, dass ein Signalkabel, das den Ausgang des Verstärkers 2 mit
einer Empfängervorrichtung
wie etwa einem Tuner verbindet, die Antenne nicht beeinflussen kann.
-
JP-A
5-102874 (1993) offenbart eine Radioempfänger-Antennenvorrichtung, in
die ein HF-Vorverstärker
integriert ist. In der Vorrichtung ist eine Bypassschaltungseinrichtung
so angeordnet, dass ein HF-Signal auch in einem anderen Pfad als
dem HF-Vorverstärker erfasst
wird, und wenn ein starkes Signal durch eine Antenne empfangen wird,
wird der HF-Vorverstärker
durch den Bypass überbrückt, um
eine Überlastung
des Verstärkers
zu verhindern. 2 dieser Veröffentlichung zeigt eine Anordnung,
bei der eine Bypassschaltung normalerweise mit dem Vorverstärker verbunden
ist und bei der, wenn der HF-Vorverstärker durch einen Bypass überbrückt werden
soll, die Signalpfade für
die Eingangs-/Ausgangssignale zur Basis und zum Kollektor eines
Transistors, der zur Verstärkung
im HF-Verstärker
verwendet wird, unterbrochen werden.
-
Eine
Technik, die sich auf die Anordnung einer Verstärkerschaltung zwischen einer
Antenne und einem Tuner bezieht, ist ferner zum Beispiel in JP-A
11-41127 (1999) offenbart. Bei dieser Technik ist eine Parallelschaltung
eines Breitbandverstärkers
und einer Dämpfungsschaltung
zwischen eine Antenne und einen Tuner geschaltet, und eine Stromversorgung
des Breitbandverstärkers
wird so geregelt oder geschaltet, dass, wenn der Breitbandverstärker in
Betrieb ist, ein Signal durch den Verstärker verstärkt wird, und, wenn der Breitbandverstärker nicht
in Betrieb ist, ein Signal durch die Dämpfungsschaltung gedämpft wird.
JP-A 7-321685 (1995) offenbart eine Technik, bei der ein Verstärker und
eine Dämpfungsschaltung
durch eine Verstärkerschaltung
für eine
Zwischenfrequenz umgeschaltet werden, die aus einer hohen Frequenz
durch eine Vorschaltung für
einen Tuner so umgewandelt wird, dass die elektrische Feldstärke korrekt
erfasst werden kann, wobei eine Situation vermieden wird, in der
sich der Verstärker
bei hoher Feldstärke
im Sättigungsbetrieb
befindet.
-
Ein
weiterer Grund für
das Vorsehen der AGC-Schaltung 5 in 19 besteht
darin, Verzerrungen beim Verstärker 2 bei
hoher Feldstärke
zu verhindern. JP-A 11-145858 (1999) offenbart eine Technik, die
sich auf eine AGC-Schaltung bezieht, bei der die Verstärkung nur
dann verringert wird, wenn eine Verschlechterung der Empfindlichkeit
aufgrund einer Störung
durch Intermodulation auftritt. JP-A 11-312938 (1999) offenbart eine
Technik, bei der die Zeitkonstante einer AGC-Schaltung entsprechend
der Feldstärke
in der Weise geändert
wird, dass die Zeitkonstante normalerweise so verringert wird, dass
sie einem Fading-Phänomen
leicht folgen kann, und die Zeitkonstante in einer Umgebung hoher
Feldstärke
erhöht
wird, wodurch die Stabilität
verbessert wird.
-
Bei
dem in 19 dargestellten Antennenverstärker 1 besteht
die Möglichkeit,
dass der Eingangspegel des Verstärkers übermäßig hoch
ist und das empfangene Zielsignal aufgrund der Nichtlinearität des Verstärkers 2 verzerrt
oder unterdrückt
wird, wenn zum Beispiel ein anderes Signal mit übermäßigem Pegel mit einer Frequenz
vorliegt, die in der Nähe
der Frequenz des empfangenen Zielsignals liegt, auch wenn die ATT-Schaltung 4 so
geschaltet wird, dass das Signal gedämpft wird. Wenn der Dämpfungsfaktor
der ATT-Schaltung 4 auf einen hohen Wert eingestellt wird,
wird auch das Zielsignal stark gedämpft, und das Signal/Rausch-Verhältnis wird
verringert.
-
Bei
der in JP-A 5-102874 offenbarten Technik wird der Betrieb des HF-Vorverstärkers vollständig unterbrochen,
wenn der HF-Vorverstärker durch
Bypassschaltung überbrückt wird.
-
Bei
der in JP-A 11-41127 offenbarten Technik ist die Position, in der
die Verstärkerschaltung
anzuordnen ist, nicht besonders klar angegeben. In dem Abschnitt "Ausführungsform
der Erfindung" dieser
Veröffentlichung
ist die gesamte Anordnung aus Breitbandverstärker, Dämpfungsschaltung und Tuner
als Tunerschaltung definiert. Es hat daher den Anschein, dass die
Verstärkerschaltung
nicht in der Nähe
der Antenne angeordnet ist, sondern auf der Seite des Tuners. Wenn
angenommen wird, dass die Verstärkerschaltung
als Antennenverstärker
in einer Position angeordnet ist, die vom Tuner getrennt ist und
sich in der Nähe
der Antenne befindet, muss ein Stromversorgungskabel, das durch
Zweipunktregelung geregelt ist, zusammen mit einem Signalkabel zwischen
dem Antennenverstärker
und dem Tuner angeschlossen werden. Die Stromversorgung wird auf
der Basis des Signalpegels der sich an den Tuner anschließenden Stufe
geregelt. Der Signalpegel wird durch die Zweipunktregelung des Breitbandverstärkers beeinflusst.
Im Einzelnen besteht hier die Möglichkeit,
dass die folgenden Vorgänge
wiederholt durchgeführt
werden. Wenn entschieden wird, dass der Signalpegel während des
EIN-Zustands des Breitbandverstärkers übermäßig hoch
ist, wird der Breitbandverstärker in
den AUS-Zustand
gebracht, und der Signalpegel wird verringert. Im Ergebnis wird
entschieden, dass der Signalpegel nicht zu hoch ist, und der Breitbandverstärker wird
wieder in den EIN-Zustand gebracht.
-
Wenn
ein Antennenverstärker
einen AGC-Betrieb durchzuführen
hat, treten Probleme der Signalverzerrung und der Signalunterdrückung aufgrund
der Intermodulation oder der Kreuzmodulation auf, die eintreten,
wenn ein Störsignal
in der Nähe
einer gewünschten
Empfangsfrequenz vorliegt. In JP-A 11-145858 und JP-A 11-312938
sind keine Gegenmaßnahmen
gegen einen solchen Fall beschrieben. Wenn ein Antennenelement für ein Breitband
verwendet werden soll, wird der Signalbereich, in dem Intermodulation
oder Kreuzmodulation auftreten kann, verbreitert. Bei einem geteilt
aufgebauten Antennenverstärker,
der zur gemeinsamen Verwendung eines Antennenelements in einem breiten
Frequenzband verwendet wird, müssen
daher adäquate
Gegenmaßnahmen
ergriffen werden.
-
US 5 930 692 offenbart eine
Vorrichtung mit verbesserter Unempfindlichkeit gegen Störungen von Rundfunkempfängern. Dieses
Dokument offenbart Schaltungen mit kontinuierlicher Einstellung
der Verstärkung
eines Verstärkers
mit geringem Rauschen (LNA) in Abhängigkeit von der erfassten
Signalstärke
(
1 dieses Dokuments) sowie Schaltungen, die als
Ausführungsformen
mit 'umgeschalteter
Verstärkung' bezeichnet sind.
12 von
US 5 930 692 zeigt eine
Schaltung, bei der eine Umschaltschaltung ('Steuerung') vorgesehen ist, um zwischen dem Ausgang
eines LNA und einer Bypassschaltung in Abhängigkeit vom Pegel des empfangenen
Signals umzuschalten (
US 5 930
692 , Spalte 8, Zeilen 1–12). Dieses Dokument enthält keinen Hinweis
auf eine Regelung der Umschaltschaltung in Abhängigkeit vom Ausgang des LNA.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Antennenverstärker und
einen geteilt aufgebauten Antennenverstärker anzugeben, die schwache
Signale mit hoher Empfindlichkeit empfangen und eine Signalverzerrung und
Signalunterdrückung
verringern können,
wenn ein starkes Störsignal
vorliegt.
-
Die
Aufgabe wird gemäß Anspruch
1 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
-
Der
Antennenverstärker
der Erfindung, der in der Nähe
einer Antenne anzuordnen ist, zur Verstärkung von durch die Antenne
empfangenen schwachen Hochfrequenzsignalen weist auf:
- – einen
Verstärker
zur Verstärkung
von Hochfrequenzsignalen,
- – eine
Bypassschaltung, die mit der Eingangsseite des Verstärkers verbunden
ist, zum Leiten von Hochfrequenzsignalen über einen Bypass, ohne dass
sie durch den Verstärker
hindurchgeleitet werden,
- – eine
Umschaltschaltung zum Umschalten des Ausgangs des Antennenverstärkers zwischen
Hochfrequenzsignalen, die vom Ausgang des Verstärkers kommen, und Hochfrequenzsignalen,
die über
die Bypassschaltung geleitet werden,
und
- – eine
Ausgangs-Umschaltungsschaltung, welche die Umschaltschaltung entsprechend
einem vorgegeben Umschaltkriterium so steuert, das diese zur Ausgangsseite
des Verstärkers
geschaltet wird, wenn der Pegel des empfangenen Signals niedriger
ist, und zur Bypassschaltung geschaltet wird, wenn der Pegel des
empfangenen Signals höher
ist;
er ist dadurch gekennzeichnet, dass - – die
Ausgangs-Umschaltungsschaltung die Umschaltschaltung unter Ansprechen
auf den erfassten Ausgangspegel des Verstärkers entsprechend der Beziehung
des Ausgangspegels des Verstärkers
mit einem vorgegebenen Umschaltkriterium steuert
und
- – der
Verstärker
eine negative Rückkopplungskonfiguration
aufweist, wodurch die Verzerrung durch den Verstärker selbst verringert und
eine im Eingangsteil erzeugte Verzerrung eliminiert wird.
-
Gemäß der Erfindung
umfasst der Antennenverstärker,
der in der Nähe
einer Antenne anzuordnen ist und der ein durch die Antenne empfangenes
schwaches Hochfrequenzsignal empfängt, die Bypassschaltung, die
Umschaltschaltung und/oder die Ausgangs-Umschaltungsschaltung. Die Umschaltschaltung
wird durch die Ausgangs-Umschaltungsschaltung zwischen dem Ausgang
des Verstärkers,
der das Hochfrequenzsignal verstärkt,
und dem Eingang des Verstärkers,
der durch die Bypassschaltung geleitet wird, ohne dass er durch den
Verstärker
hindurchgeleitet wird, umgeschaltet. Unter Ansprechen auf den Ausgang
des Verstärkers
und entsprechend einer Beziehung des Ausgangspegels mit einem vorgegebenen
Umschaltkriterium steuert die Ausgangs-Umschaltungsschaltung die Umschaltschaltung
so, dass die Umschaltschaltung, wenn der Ausgang niedriger ist,
zur Ausgangsseite des Verstärkers
geschaltet wird, und, wenn der Ausgang höher ist, die Umschaltschaltung
zur Seite der Bypassschaltung geschaltet wird. Wenn ein in der Antenne
induziertes schwaches Hochfrequenzsignal durch den Verstärker verstärkt wird,
kann der Empfang bei hoher Empfindlichkeit erfolgen. Wenn ein Störsignal
wie etwa eine Intermodulation vorliegt, wird das Hochfrequenzsignal über die Bypassschaltung
geleitet, ohne dass es durch den Verstärker hindurchgeleitet wird,
wodurch das Auftreten einer Signalverzerrung, einer Signalunterdrückung und
dergleichen verhindert werden kann. Da das Signal vom Verstärker stets
an der Ausgangs-Umschaltungsschaltung zur Steuerung der Umschaltschaltung
anliegt, kann die Umschaltschaltung den Umschaltvorgang in adäquater Weise
durchführen.
Da die Erfassung des Pegels zum Umschalten auf der Ausgangsseite
des Verstärkers
mit negativer Rückkopplungskonfiguration
vorgenommen wird und im Fall eines Eingangs mit hohem Pegel der
Ausgang des Verstärkers
geöffnet
wird, kann eine Verzerrung des Verstärkers selbst verringert und
eine Verzerrung, die im Eingangsteil erzeugt wird, eliminiert werden.
-
Im
Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Ausgangs-Umschaltungsschaltung
eine Hysterese aufweist, wodurch verhindert wird, dass die Umschaltschaltung
aufgrund von Änderungen
des elektrischen Feldes häufige
Schaltvorgänge
durchführt.
-
Da
die Ausgangs-Umschaltungsschaltung gemäß der Erfindung eine Hysterese
aufweist, kann verhindert werden, dass die Umschaltschaltung aufgrund
von Änderungen
des elektrischen Feldes häufige
Schaltvorgänge
durchführt,
und es kann ein stabiler Betrieb sichergestellt werden.
-
Im
Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Ausgangs-Umschaltungsschaltung
ein Glättungsverfahren
durchführt,
wodurch die Entstehung von Rauschen während des Umschaltvorgangs
verhindert wird, und der Verstärker
als invertierender Verstärker
ausgebildet ist, wodurch das Auftreten von Schwingungen zu dem Zeitpunkt
verhindert wird, wenn die Umschaltschaltung während des Umschaltvorgangs
sowohl mit der Ausgangsseite des Verstärkers als auch mit der Bypassschaltung
verbunden ist.
-
Da
gemäß der Erfindung
der Ausgang der Umschaltschaltung einer Glättung unterzogen wird, kann die
Entstehung von Rauschen während
des Umschaltens zwischen dem Ausgang des Verstärkers und der Bypassschaltung
verhindert werden. Der Verstärker
kann als invertierender Verstärker
ausgebildet sein. Daher entsteht selbst dann, wenn eine Rückkopplungsschleife
vom Ausgang des Verstärkers
zum Eingang zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn die beiden Seiten
während
des Schaltvorgangs angeschlossen sind, keine positive Rückkopplung,
wodurch das Auftreten von Schwingungen verhindert werden kann.
-
Die
Erfindung gibt ferner einen geteilt aufgebauten Antennenverstärker an,
der mehrere Antennenverstärker,
wie oben erwähnt,
aufweist, wobei die mehreren Antennenverstärker Hochfrequenzsignale unterschiedlicher
Frequenzbänder
verstärken
und/oder die Umschaltkriterien der mehreren Antennenverstärker auf den
betreffenden Frequenzbändern
entsprechende unterschiedliche Werte eingestellt sind.
-
Die
mehreren Antennenverstärker,
in denen jeweils dann, wenn der Pegel eines Hochfrequenzsignals am
Ausgang des Verstärkers übermäßig hoch
ist, ein Umschaltvorgang vorgenommen wird, sodass das Hochfrequenzsignal über die
Bypassschaltung an die darauffolgende Stufe geleitet wird, ohne
dass es durch den Verstärker
hindurchgeleitet wird, werden gemäß der Erfindung für jeweils
verschiedene Frequenzbänder
verwendet. Die Umschaltkriterien der Antennenverstärker werden
auf verschiedene Werte entsprechend den von den Antennenverstärkern zu
verarbeitenden jeweiligen Frequenzbändern eingestellt, wodurch
die Antennenverstärker
in adäquater
Weise betrieben werden können.
-
Im
Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die mehreren Antennenverstärker Antennenverstärker zum
Empfang von FM-Tonrundfunk
und Fernsehfunk eines VHF-Frequenzbandes und Antennenverstärker zum
Empfang von Fernsehrundfunk eines UHF-Frequenzbandes sind und/oder das Umschaltkriterium
des Antennenverstärkers
für das
VHF-Frequenzband niedriger eingestellt ist.
-
Gemäß der Erfindung
wird, was das Umschaltkriterium zur Entscheidung, ob ein Signal
durch den Verstärker
hindurchgeleitet wird oder nicht, anlangt, das Umschaltkriterium
zum Empfang von FM-Tonrundfunk und Fernsehfunk eines VHF-Frequenzbandes
so eingestellt, dass es von dem für Fernsehrundfunk des UHF-Frequenzbandes verschieden
ist. Daher können
die Verstärker
in adäquater
Weise selektiv verwendet werden, sodass im VHF-Frequenzband die Verzerrungscharakteristik
im Fall eines Eingangs mit hohem Pegel verstärkt wird und im UHF-Frequenzband
die Empfindlichkeit erhöht
wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Andere
und weitere Gegenstände,
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen mit noch mehr Einzelheiten
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Bezug auf
die Zeichnungen hervor; es zeigen:
-
1 ein
Blockdiagramm, das schematisch den elektrischen Aufbau eines Antennenverstärkers zeigt, der
eine erste Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
-
2 ein
Diagramm, das Änderungen
der Frequenzabhängigkeitscharakteristik
der Verstärkung zeigt,
die durch Umschalten einer Umschaltschaltung bei der Ausführungsform
von 1 hervorgerufen wird;
-
3 ein
Ersatzschaltbild, bei dem der Verstärker von 1 mit
einem invertiertenden Verstärker
und einer negativen Rückkopplungsschaltung
aufgebaut ist;
-
4 ein
Blockdiagramm, das schematisch den elektrischen Aufbau eines Antennenverstärkers zeigt, der
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
-
die 5A und 5B Diagramme,
welche die Hysteresecharakteristiken des Betriebs des Antennenverstärkers von 4 zeigen;
-
6 ein
elektrisches Schaltbild des Antennenverstärkers von 4;
-
7 ein
Blockdiagramm, das schematisch den elektrischen Aufbau eines Antennenverstärkers zeigt, der
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
-
8 ein
Diagramm, welches das Konzept der Verringerung der Eingangsverzerrung
bei der Ausführungsform
von 7 zeigt;
-
9 eine
perspektivische Ansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in
dem ein Verstärkermodul, der
mehrere Antennenverstärker
enthält,
an einem Kraftfahrzeug angebracht ist, was eine vierte Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
-
10 ein
Blockdiagramm, das schematisch den elektrischen Aufbau des Verstärkermoduls
von 9 zeigt;
-
11 ein
Blockdiagramm, das schematisch den elektrischen Aufbau eines geteilt
aufgebauten Antennenverstärkers
zeigt, der eine fünfte
Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
-
12 ein
Diagramm, das eine Kombination von Frequenzbändern bei der Ausführungsform
von 11 zeigt;
-
13 ein
Blockdiagramm, das schematisch den Aufbau eines Antennenverstärkers zeigt,
der in Bezug auf die Ausführungsform
von 1 eine Vergleichs-Ausführungsform darstellt;
-
14 ein
Diagramm, das Übergangscharakteristiken
während
eines Schaltvorgangs im Antennenverstärker von 13 zeigt;
-
15 ein
Diagramm, das Übergangscharakteristiken
während
eines Umschaltvorgangs beim Antennenverstärker von 13 zeigt;
-
16 ein
Diagramm, das Übergangscharakteristiken
während
eines Umschaltvorgangs beim Antennenverstärker von 13 zeigt;
-
17 ein
Diagramm, das Übergangscharakteristiken
während
eines Umschaltvorgangs beim Antennenverstärker von 13 zeigt;
-
18 ein
Ersatzschaltbild eines Aufbaus, bei dem der Antennenverstärker von 1 als
AM-Antennenverstärker
verwendet ist, und
-
19 ein
Blockdiagramm, das schematisch den Aufbau eines Antennenverstärkers nach
einer herkömmlichen
Technik zeigt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
-
1 zeigt
schematisch den elektrischen Aufbau eines Antennenverstärkers 11,
der eine erste Ausführungsform
der Erfindung darstellt und der in der Nähe einer Antenne 10 angeordnet
ist und ein schwaches Hochfrequenzsignal verstärkt, das durch die Antenne 10 empfangen
wird. Der Antennenverstärker 11 umfasst einen
Verstärker 12,
ein Bandpassfilter (als "BPF" abgekürzt) 13,
eine Bypassschaltung 14, eine Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 und
eine Umschaltschaltung 16. Der Verstärker 12 weist auf:
einen invertierenden Verstärker 12a,
bei dem der Absolutwert des Signalverstärkungsfaktors "A" ist und der entsprechend mit "–A" bezeichnet ist, sowie eine negative
Rückkopplungsschaltung 12b,
die einen Rückkopplungsfaktor β besitzt.
Der Verstärker 12 verstärkt das
Hochfrequenzsignal. Das BPF 13 wählt ein Frequenzband des Hochfrequenzsignals,
das von der Antenne 10 als Eingangssignal in den Verstärker 12 eingespeist
wird. Das Frequenzband, das vom BPF 13 selektiert wird,
ist so breit, dass nicht nur das empfangene Zielsignal, sondern auch
ein Signal, das Störungen
verursachen kann, durch das Filter durchgelassen werden. In einer
an den Antennenverstärker 11 anschließenden Stufe
wird das Hochfrequenzsignal zum Beispiel in ein Zwischenfrequenzsignal
umgewandelt, und lediglich das Zielsignal wird unter Verwendung
eines Filters und dergleichen selektiert. In der Stufe des Antennenverstärkers 11 ist
es, da die Frequenz hoch ist, nahezu unmöglich, die Selektivität zu steigern,
um lediglich das Zielsignal zu selektieren. Wenn die Selektivität erhöht wird,
muss die Mittenfrequenz entsprechend der Empfangsfrequenz geändert werden,
um ein breites Band abzudecken. 2 zeigt
die Frequenzcharakteristik der Verstärkung des Antennenverstärkers 11 von 1.
Die durchgezogene Kurve gibt den Zustand an, in dem die Umschaltschaltung 16 zur
Seite des Ausgangs des Verstärkers 12 umgeschaltet
ist, während
die strichpunktierte Kurve den Zustand bezeichnet, in dem die Umschaltschaltung 16 auf
die Seite der Bypassschaltung 14 umgeschaltet ist. Die
Bypassschaltung 14 leitet das Hochfrequenzsignal vom Eingang des
Verstärkers 12 zur
Umschaltschaltung 16, ohne dass das Signal durch den Verstärker 12 hindurchgeleitet
wird. Unter Ansprechen auf den Ausgang des Verstärkers 12 und entsprechend
der Beziehung des Ausgangspegels mit einem vorgegebenen Umschaltkriterium
steuert die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 die Umschaltschaltung 16 so,
dass, wenn der Ausgang niedriger ist, auf die Seite des Ausgangs
des Verstärkers 12 umgeschaltet
wird und, wenn der Ausgang höher
ist, auf die Seite der Bypassschaltung 14 umgeschaltet
wird. Wenn die Umschaltschaltung 16 auf die Seite der Bypassschaltung 14 umgeschaltet
wird, wird die Verstärkung
des Antennenverstärkers 11 um
ein Maß verringert,
das der Verstärkung
des Verstärkers 12 entspricht.
Das Hochfrequenzsignal kann allerdings zur nachfolgenden Stufe geleitet
werden, ohne dass es durch den Verstärker 12 hindurchgeleitet
wird.
-
Die
Verstärkung
des Verstärkers 12 wird
beispielsweise auf 10 dB eingestellt. Die Rauschzahl NF, die das
Verhältnis
des Signal/Rausch-Verhältnisses
an der Eingangsseite des Verstärkers 12 zum
Signal/Rausch-Verhältnis
an der Ausgangsseite ist, beträgt
3 dB oder weniger. Eine konstante Gleichspannung DC liegt als Stromversorgungsspannung
am Verstärker 12 an,
und der Verstärker
arbeitet im Spannungssteuerbereich. Auch in einer idealen Situation,
in der die Stromversorgungsspannung vollständig ausgenützt werden kann, ist der Ausgang
in Bezug auf eine Eingangsspannung gesättigt, die eine maximale Eingangsspannung übersteigt,
die durch Einstellung der Stromversorgungsspannung auf die maximale
Amplitude und Teilung der Spannung durch die Verstärkung erhalten
wird. Im Vergleich mit dem Idealfall zeigt der konkrete Verstärker 12 Nichtlinearität, bei der
sich die Verstärkung ändert, wenn
die Eingangsspannung höher
ist, und Verzerrung auch auf der Eingangsseite auftritt. Wenn das
empfangene Zielsignal selbst einen sehr kleinen Signalpegel aufweist
und ein benachbartes empfangenes Signal einen hohen Signalpegel
besitzt, und obgleich die Signale durch ein Filter oder dergleichen
in einer nachfolgenden Stufe voneinander getrennt werden können, wird
das Zielsignal mit sehr kleinem Pegel in der Stufe des Antennenverstärkers 11 durch
Intermodulation, Kreuzmodulation oder dergleichen beeinträchtigt,
wodurch das Signal verzerrt oder unterdrückt wird. Bei dieser Ausführungsform
wird der Fall betrachtet, dass FM-Tonrundfunk oder Fernsehfunk im
VHF-Frequenzband empfangen wird. Die Empfangs-Zielfrequenz ist beispielsweise
auf etwa 100 MHz festgesetzt. Wenn der Empfangspegel nicht höher als
30 dBμV
ist, wird die Umschaltschaltung 16 auf die Seite der Bypassschaltung 14 umgeschaltet,
wodurch verhindert werden kann, dass Signale, bei denen die elektrische
Feldstärke
110 dBμV beträgt und die
Frequenz um Intervalle von etwa 4 MHz niedriger ist, Intermodulation
verursachen.
-
Wenn
der Ausgang des Verstärkers 12 einen
hohen Pegel besitzt und ein Störsignal
wie etwa Intermodulation auftritt, leitet die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 von 1 das
Hochfrequenzsignal durch die Bypassschaltung 14 zur nachfolgenden
Stufe, ohne dass das Signal durch den Verstärker 12 hindurchgeht. Es
ist daher möglich,
Verzerrung, Signalunterdrückung,
etc. zu vermeiden. Da das Signal vom Verstärker 12 stets an der
Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 anliegt, welche die Umschaltschaltung 16 steuert,
kann die Umschaltschaltung 16 den Umschaltbetrieb adäquat durchführen, wobei
Variationen der Bedingungen für
den Umschaltbetrieb reduziert sind. Die Bypassschaltung 14 kann
durch einen einfachen Leitungsdraht oder durch eine Dämpfungsschaltung
oder dergleichen realisiert werden.
-
3 zeigt
ein Ersatzschaltbild, in dem der Verstärker
12 durch Kombination
eines invertierenden Verstärkers
12a und
einer negativen Rückkopplungsschaltung
12b aufgebaut
ist. Die Ausgangsimpedanz des invertierenden Verstärkers
12a ist
mit ZA bezeichnet, und die Last des Antennenverstärkers
11,
d.h. die Eingangsimpedanz eines Empfängers, der das Signal vom Antennenverstärker
11 und
dergleichen empfängt,
ist mit ZX bezeichnet. Wenn die Ausgangsspannung des invertierenden
Verstärkers
12a mit
V1 und die Ausgangsspannung des Antennenverstärkers
11 mit V2 bezeichnet
werden, gilt der nachstehende Ausdruck (1) aufgrund der negativen
Rückkopplung:
-
Durch
Umformen dieses Ausdrucks wird folgendes erhalten:
-
Wenn
die Lastimpedanz ZX gleich der Ausgangsimpedanz ZA des invertiertenden
Verstärkers 12a ist, also
ZX = ZA ist, wird aus dem Ausdruck (2) folgender Ausdruck erhalten: V2 = 12 ·V1 (3).
-
Wenn
die Lastimpedanz ZX sehr groß ist
und als unendlich betrachtet werden kann, also ZX = ∞ ist, ist
ZA von Ausdruck (2) vernachlässigbar,
und man erhält
folgende Beziehung: V2 = V1 (4).
-
Daher ändert sich
bei dem Antennenverstärker 11 der
Rückkopplungsgrad
entsprechend der Ausgangslast, und, wenn die Ausgangslast eliminiert
wird, wird der Rückkopplungsgrad
erhöht,
und die Verzerrung des invertierenden Verstärkers 12a kann verringert
werden.
-
4 zeigt
schematisch den elektrischen Aufbau eines Antennenverstärkers 21,
der eine zweite Ausführungsform
der Erfindung darstellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Komponenten,
die denen der Ausführungsform
von 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet,
weshalb eine doppelte Erläuterung
unterbleibt. Bei dieser Ausführungsform
ist eine ATT-Schaltung 22 in die Eingangsseite des Verstärkers 12 eingeschaltet,
um das Signal zu dämpfen,
sodass die Gesamtverstärkung
der Kombination der ATT-Schaltung 22 und
des Verstärkers 12 verringert
werden kann. Bei der ATT-Schaltung 22 wird das Signal auf
der Basis des Teilungsverhältnisses
der Widerstände 23 und 24 gedämpft. Wenn
der Eingangssignalpegel niedrig ist, steuert eine Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 eine
Umschaltschaltung 26 so, dass sie zur Ausgangsseite des
Verstärkers 12 umschaltet,
wodurch ein Zustand erzeugt wird, in dem der Widerstand 23 kurzgeschlossen
ist. In diesem Zustand gelangt das Eingangssignal ohne Dämpfung an
den Eingang des Verstärkers 12.
Wenn die Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 die Umschaltschaltung 26 so
steuert, dass sie von der Eingangsseite des Verstärkers 12 weggeschaltet
wird, wird das Eingangssignal durch die ATT-Schaltung 22 gedämpft und
gelangt dann an den Eingang des Verstärkers 12. Der Schwellenwert
Vthy der Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 zum
Umschalten der Umschaltschaltung 26 wird so festgelegt,
dass er höher
ist als der Schwellenwert Vthx der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 zum
Umschalten der Umschaltschaltung 16; daher ist entsprechend
Vthy > Vthx. Jeder
der Schwellenwerte Vthx und Vthy besitzt Hysterese.
-
5A zeigt
Eingangs-/Ausgangskennlinien der Ausführungsform von 4 für den Fall,
dass der Pegel des Signaleingangs von der Antenne 10 ansteigt,
während 5B die
Eingangs-/Ausgangskennlinien für
den Fall zeigt, dass sich der Eingangssignalpegel verringert. Der
Punkt A befindet sich auf der Seite des Eingangs des Verstärkers 12 von 4 und
dem individuellen Kontakt der Umschaltschaltung 26 auf
der Verstärkerseite;
der Punkt B befindet sich auf der Seite des Ausgangs des Verstärkers 12 und
des gemeinsamen Kontakts der Umschaltschaltung 16. Die
Verstärkung
des Verstärkers 12 beträgt 10 dB,
und der Dämpfungsfaktor
der ATT-Schaltung 22 beträgt –20 dB.
Der Signalpegel am Punkt A ist durch die gestrichelte Linie dargestellt,
während
der Signalpegel am Punkt B durch die durchgezogene Linie dargestellt
wird.
-
Wie
aus 5A ersichtlich ist, steuert die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 die
Umschaltschaltung 16, wenn der Eingangssignalpegel von
einem Zustand eines niedrigen Eingangssignalpegels auf mehr als
70 dB ansteigt, so, dass von der Ausgangsseite des Verstärkers 12 auf
die Seite der Bypassschaltung 14 umgeschaltet wird, wodurch
der Signalpegel am Punkt B um 10 dB verringert wird. Wenn der Eingangssignalpegel
weiter auf mehr als 100 dB ansteigt, steuert die Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 die
Umschaltschaltung 26 so, dass sie von dem Zustand, in dem
die Umschaltschaltung mit der Eingangsseite des Verstärkers 12 verbunden
ist, in einen nicht verbundenen Zustand schaltet. Der Signalpegel
am Punkt B wird als Ergebnis der Dämpfung durch die ATT-Schaltung 22 um
20 dB verringert.
-
Wie
aus 5B hervorgeht, steuert die Eingangs-Umschaltungsschaltung 25,
wenn der Eingangssignalpegel von einem hohen Eingangssignalpegelzustand
auf 80 dB oder weniger verringert wird, die Umschaltschaltung 26 so,
dass sie vom nicht verbundenen Zustand zur Eingangsseite des Verstärkers 12 umgeschaltet
wird, wodurch der Signalpegel am Punkt A in einem Maß angehoben
wird, das dem Dämpfungsfaktor von
20 dB der ATT-Schaltung 22 entspricht. Wenn der Eingangssignalpegel
auf 40 dB oder weniger weiter verringert wird, steuert die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 die
Umschaltschaltung 16 so, dass sie von der Seite der Bypassschaltung 14 zur
Ausgangsseite des Verstärkers 12 umgeschaltet
wird, wodurch der Signalpegel am Punkt B um ein Maß angehoben
wird, das der Verstärkung
von 10 dB des Verstärkers 12 entspricht.
-
Bei
dem in den 5A und 5B dargestellten
Betriebszuständen
ist der Erfassungs-Startpunkt, an dem die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 die
Umschaltschaltung 16 so steuert, dass sie umgeschaltet wird,
bei 70 dB des Eingangssignalpegels. Wenn die Umschaltschaltung einmal
auf die Seite der Bypassschaltung 14 umgeschaltet ist,
wird eine Hysterese von 30 dB erzeugt, sodass die Umschaltschaltung
lediglich dann, nachdem der Pegel auf 40 dB verringert wurde, zur
Ausgangsseite des Verstärkers 12 umgeschaltet wird.
Der Erfassungs-Startpunkt, wo die Eingangs-Umschaltungs schaltung 25 die
Umschaltschaltung 26 so steuert, dass sie umgeschaltet
wird, liegt bei 100 dB des Eingangssignalpegels. Wenn die Umschaltschaltung einmal
auf die nicht verbundene Seite umgeschaltet ist, wird eine Hysteres
von 20 dB erzeugt, sodass die Umschaltschaltung lediglich dann,
nachdem der Pegel auf 80 dB verringert wurde, zur Eingangsseite
des Verstärkers 12 umgeschaltet
wird. Gemäß einem
Steuersignal von außen
kann die Verstärkung
in mindestens zwei Stufen geschaltet werden.
-
6 zeigt
die Schaltungsanordnung des Antennenverstärkers 21 von 4.
Der Ausgang einer Pegelerfassungsschaltung 27, welche die
Hysteresecharakteristik aufweist, die in den 5A und 5B dargestellt
ist, liegt an der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 und
der Umschaltschaltung 25 an. Die Pegelerfassungsschaltung 27 erfasst
den Ausgangspegel des Verstärkers 12.
Die Arbeitskennlinien der Pegelerfassungsschaltung 27 können über einen äußeren Widerstand 28 und
einen Kondensator 29 eingestellt werden. Der Widerstand 28 bestimmt
die Schwellenwerte Vthx und Vthy. Der Kondensator 29 bestimmt
die Zeitkonstante der Pegelerfassung. Das Übergangsverhalten der Pegelerfassung
ist so eingestellt, dass die Anstiegszeit kurz und die Abfallzeit
lang ist. Die Verstärkung
des Verstärkers 12 kann
beispielsweise in einem Bereich von 3 bis 15 dB durch einen äußeren Widerstand 30 eingestellt
werden. Die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 weist PIN-Treiber 31 und 32 auf.
Der PIN-Treiber 31 ist ein Puffer, bei dem die Ausgangslogik
eine positive Logik ist, während
der PIN-Treiber 32 ein Inverter ist, bei dem die Ausgangslogik
eine negative Logik ist. Die Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 umfasst
ebenfalls einen PIN-Treiber, der als Inverter dient.
-
Die
Umschaltschaltung 16 weist PIN-Dioden 33 und 34 auf,
die als Schaltelemente dienen. Die Kathoden der PIN-Dioden 33 und 34 sind
gemeinsam mit einem Ausgangsanschluss OUT verbunden. Die Bypassschaltung 14 ist
mit der Anode der PIN-Diode 33 verbunden. Der Ausgang des
Verstärkers 12 ist über einen Gleichspannungs-Sperrkondensator 35 mit
der Anode der PIN-Diode 34 verbunden. Der Ausgang des PIN-Treibers 31 ist über einen
Widerstand 36 mit der Anode der PIN-Diode 33 verbunden.
Ein Kondensator 37 zur Verhinderung eines Schaltspannungsstoßes ist
zwischen den Ausgang des PIN-Treibers 31 und Erde geschaltet.
Der Ausgang des PIN-Treibers 32 liegt über einen Widerstand 38 an
der Anode der PIN-Diode 34. Ein Kondensator 39 zur
Verhinderung eines Schaltspannungsstoßes ist zwischen den Ausgang
des PIN-Treibers 32 und Erde geschaltet. Eine Spule 40,
die als Pfad für
einen Gleichstrom dient, ist zwischen die Kathoden der PIN-Dioden 33 und 34 und
Erde geschaltet.
-
Die
Umschaltschaltung 26 umfasst eine PIN-Diode 41,
die als Schaltelement dient. Die Kathode der PIN-Diode 41 ist
mit einem Punkt verbunden, an dem der Ausgang des BPF 13 über einen
Gleichspannungs-Sperrkondensator 42 zur Bypassschaltung 14 abgezweigt
ist. Die Anode der PIN-Diode 41 ist über einen Gleichspannungs-Sperrkondensator 43 mit
dem Eingang des Verstärkers 12 verbunden.
Der Eingang des Verstärkers 12 ist
ferner über
einen Gleichspannungs-Sperrkondensator 44 mit der Verbindung
der Widerstände 23 und 24 verbunden.
Eine Spule 45, die als Pfad für einen Gleichstrom dient,
ist zwischen die Kathode der PIN-Diode 43 und Erde geschaltet.
Ein Kondensator 46 zur Verhinderung eines Schalt-Spannungsstoßes ist zwischen
den Ausgang der Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 und Erde geschaltet.
Der Ausgang der Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 ist über einen
Widerstand 47 mit der Anode der PIN-Diode 41 verbunden. Wenn
ein Gleichstrom an den PIN-Dioden 33, 34 und 41 anliegt,
werden die Impedanzen der Dioden verringert, sodass die entsprechenden
Schalter-Schaltkreise geschlossen werden. Wenn kein Gleichstrom
an den PIN-Dioden 33, 34 und 41 anliegt,
steigen die Impedanzen der Dioden an und öffnen die entsprechenden Schalter-Schaltkreise.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
sind der Verstärker 12,
die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15, die Eingangs-Umschaltungsschaltung 25 und
die Pegelerfassungsschaltung 27, die Hysterese aufweist,
in einem IC 50 integriert.
-
7 zeigt
schematisch den elektrischen Aufbau eines Antennenverstärkers 51,
der eine dritte Ausführungsform
der Erfindung darstellt. Bei dieser Ausführungsform sind Komponenten,
die denen der Ausführungsformen
von 1 oder 4 entsprechen, mit den gleichen
Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich eine nochmalige Beschreibung
erübrigt.
Bei dieser Ausführungsform
kann die Verstärkung
eines Verstärkers 52 in mindestens
zwei Stufen gemäß einem
Steuersignal von außen
umgeschaltet werden. Das Umschalten der Verstärkung kann durch stufenweises
oder kontinuierliches Ändern
der Verstärkung
des Verstärkers 52 selbst oder
durch Konstanthalten der Verstärkung
des Verstärkers 52 und Ändern des
Signaldämpfungsfaktors
durch eine ATT-Schaltung oder dergleichen auf der Eingangsseite
in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von 4 vorgenommen
werden.
-
Wie
oben beschrieben, enthält
der Ausgang des Verstärkers 52 aufgrund
von Intermodulation oder Kreuzmodulation Verzerrungskomponenten.
Derartige Verzerrungskomponenten enthalten Komponenten niederer
Frequenz des Ausgangs des Verstärkers 52.
Die Komponenten niederer Frequenz werden durch ein Tiefpassfilter
(im Folgenden als "LPF" abgekürzt) 53 tiefpassgefiltert
und dann durch einen Verzerrungsverstärker 54 verstärkt.
-
Der
Ausgangspegel des Verzerrungsverstärkers 54 wird in Form
eines Absolutwerts durch eine Pegelerfassungsschaltung 55 erfasst
und mit vorgegebenen Schwellenwerten Vtha und Vthb in einem Hysteresevergleicher 56 und
einem Vergleicher 57 verglichen. Die Schwellenwerte sind
so eingestellt, dass die Beziehung Vthb >> Vtha
erfüllt
ist.
-
Wenn
der Signalpegel der Verzerrungskomponenten, der durch die Pegelerfassungsschaltung 55 erfasst
wird, den Schwellenwert Vtha übersteigt,
steuert der Hysteresevergleicher 56 die Umschaltschaltung 16 so,
dass sie auf die Seite der Bypassschaltung 14 geschaltet
wird. Hinsichtlich dieser Funktion sind das LPF 53, der
Verzerrungsverstärker 54,
die Pegelerfassungsschaltung 55 und der Hysteresevergleicher 56 mit
der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 von 1 identisch.
Das LPF 53 selektiert Verzerrungskomponenten niederer Frequenz.
Wenn dort ein Störsignal
vorliegt, das Intermodulation oder Kreuzmodulation hervorrufen kann,
kann die Umschaltschaltung so geschaltet werden, dass das Hochfrequenzsignal
durch die Bypassschaltung 14 geleitet wird, ohne dass es
durch den Verstärker 52 hindurchgeht.
Daher kann das Umschalten in adäquater
Weise so vorgenommen werden, dass dann, wenn kein Störsignal
vorliegt, das Hochfrequenzsignal durch den Verstärker 52 geleitet wird,
während
lediglich dann, wenn ein Störsignal
vorliegt, das Hochfrequenzsignal nicht durch den Verstärker 52 geführt wird.
-
Nachdem
die Umschaltschaltung 16 zur Seite der Bypassschaltung 14 hin
geschaltet ist, steuert der Hysteresevergleicher 56 die
Umschaltschaltung 16 nicht, um die Umschaltung vorzunehmen,
auch wenn die Ausgangsspannung der Pegelerfassungsschaltung 55 einfach
gleich Vtha oder kleiner als Vtha ist. Der Schwellenwert dafür, dass
die Umschaltschaltung 16 veranlasst wird, die Umschaltung
durchzuführen,
wird von Vtha um ΔV
verringert. Wenn die Ausgangsspannung der Pegelerfassungsschaltung 55 auf
den erniedrigten Schwellenwert Vtha – ΔV oder darunter weiter verringert
wird, wird die Umschaltschaltung 16 zur Ausgangsseite des
Verstärkers 52 geschaltet.
Wenn die Umschaltung vorgenommen ist, wird der Schwellenwert wieder
auf Vtha zurückgeführt. Da
der Schwellenwert mit einer solchen Hysterese versehen ist, kann
verhindert werden, dass die Umschaltschaltung 16 häufige Umschaltvorgänge durchführt, auch
wenn die Ausgangsspannung der Pegelerfassungsschaltung 55 in
der Nähe
von Vtha fluktuiert. Der Aufbau hinsichtlich des Umschaltens der
Umschaltschaltung 16 bei dieser Ausführungsform kann in ähnlicher
Weise auch auf die Ausführungsformen
der 1 und 4 angewandt werden.
-
Bei
dieser Ausführungsform
wird die Verstärkung
des Verstärkers 52 verringert,
wenn die Ausgangsspannung der Pegelerfassungsschaltung 55 den
Schwellenwert Vthb des Vergleichers 57 übersteigt. Da die Verstärkung des
Verstärkers 52 im
Fall eines solchen übermäßigen Eingangs
verringert wird, kann eine Verzerrung unterdrückt werden, die im Verstärker 52 erzeugt
werden könnte.
Wenn im Verstärker 52 eine
hohe Verzerrung erzeugt wird, streuen Verzerrungskomponenten von
der Eingangsseite zur Bypassschaltung 14, wodurch eine
Beeinflussung aufgrund von Intermodulation oder Kreuzmodulation
auch dann hervorgerufen wird, wenn die Umschaltschaltung 16 auf
die Seite der Bypassschaltung 14 umgeschaltet ist. Wenn
ein Schalter oder dergleichen einfach auf der Eingangsseite des
Verstärkers 52 angeordnet
wird, um solche Einflüsse zu
eliminieren, wird der Eingang zum Verstärker 52 unterbrochen,
und das Signal zum Umschalten kann nicht erhalten werden. Bei dieser
Ausführungsform überschreitet
die Ausgangsspannung, wenn der Ausgang des Verstärkers 52 übermäßig hoch
ist, den Schwellenwert Vthb des Vergleichers 57, der höher ist
als das Umschaltkriterium oder der Schwellenwert Vtha des Hysteresevergleichers 56,
der das Umschalten der Umschaltschaltung 16 steuert. Wenn
die Ausgangsspannung den Schwellenwert Vthb übersteigt, der das Dämpfungskriterium
darstellt, wird die Verstärkung
des Verstärkers 52 durch
den Vergleicher 57 verringert, der als Verstärkungsregelschaltung
dient. Daher kann verhindert werden, dass das Umschalten der Umschaltschaltung 16 durch
Sättigung
des Verstärkers 52 und
Verzerrung auf der Eingangsseite beeinträchtigt wird.
-
8 zeigt
das Konzept der Verringerung der Eingangsverzerrung bei der Ausführungsform
von 7. Da das Durchlassfrequenzband des BPF 13 breit
ist, kann auch ein Störsignal,
das innerhalb des Bandes liegt und das eine hohe elektrische Feldstärke besitzt,
durch das Filter hindurchgehen, oder auch ein Signal, das außerhalb
des Bandes liegt, kann nicht in einem hohen Maß gedämpft werden. Wenn zwei Störsignale mit
hoher elektrischer Feldstärke
vorliegen, werden die Frequenzkomponenten der Differenz zwischen
den Signalen als Verzerrungskomponenten erzeugt, die Intermodulation
aufgrund der Nichtlinearität
des Verstärkers 52 hervorrufen.
Wenn ein Störsignal
mit hoher elektrischer Feldstärke
ein Breitbandsignal des Streuspektrum(SS)-Modulationssystems ist,
werden Verzerrungs komponenten eines niederen Frequenzbandes sogar durch
ein einzelnes Signal erzeugt. Zwei Störsignale oder ein einzelnes
Breitbandsignal erzeugen ferner IM-Komponenten als Verzerrung aufgrund
von Intermodulation. Sogar im Fall von IM-Komponenten besteht die
Möglichkeit,
dass der Signalpegel erheblich höher
ist als der Pegel des Zielsignals. Ferner besteht die weitere Möglichkeit,
dass IM-Komponenten eine Frequenz in der Nähe der Ziel-Empfangsfrequenz
besitzen und durch ein Filter in der nachgeschalteten Stufe hindurchgehen
und dazu führen,
dass ein AGC-Schaltung oder dergleichen in Funktion kommt, wodurch
das empfangene Zielsignal unterdrückt wird. Bei dieser Ausführungsform
werden Verzerrungskomponenten in einem Bereich, der niedriger ist
als die untere Grenzfrequenz des BPF 13, durch das LPF 53 extrahiert,
die Entstehung von Intermodulation wird in einem hochkorrelierten
Zustand erfasst, und die Umschaltung wird in adäquater Weise vorgenommen, wodurch
eine Eingangsverzerrung verringert werden kann.
-
9 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der Erfindung, bei der mehrere Antennenverstärker, wie sie etwa in den 1, 4 oder 7 dargestellt
sind, an einem Kraftfahrzeug angebracht sind. Eine Scheibenantenne 60 mit
einer Vielzahl von Antennenelementen 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67,
und 68, die als Leitermuster auf einer Foliengrundlage 69 ausgebildet
sind, ist an der Innenseite der Rückscheibe 71 eines
Fahrzeugs 70 angebracht. Die Position, an der die Scheibenantenne 60 angebracht
ist, befindet sich im oberen Randbereich der Rückscheibe 71, der
nahe am Dach 72 liegt. Ein Verstärkermodul 80, in dem
die Antennenverstärker
montiert sind, ist an der Seite des Dachs 72 angeordnet.
-
10 zeigt
schematisch den elektrischen Aufbau des Verstärkermoduls 80 von 9.
In dem Verstärkermodul 80 sind
AGC-Verstärker 81, 82 und 83,
die dem Antennenverstärker 11, 21 oder 51 von 1, 4 oder 7 äquivalent
sind, sowie Breitbandverstärker 84 und 85 mit
niederem Rauschen als Antennenverstärker montiert, die von den
Antennenelementen 61 bis 68 empfangene Signale
verstärken.
Die durch die Antennenelemente 61 und 62 empfangenen
Signale werden durch den Verstärker 84 bzw. 85 verstärkt und dann
als digitale TV(DTV)-Signale an die nachfolgende Stufe ausgegeben.
Die von den Antennenelementen 63, 64, 65 und 66 empfangenen
Signale werden durch einen Selektor 86 ausgewählt, durch
den AGC-Verstärker 83 verstärkt und
dann als analoge TV(ATV)-Signale an die nachfolgende Stufe ausgegeben.
Der Selektor 86 wird auf der Basis eines Steuersignals
umgeschaltet, das von der nachfolgenden Stufe an einen Decoder 87 geliefert
wird, um eine Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit durch das
Diversity-System
zu erzielen. Die von den Antennenelementen 67 und 68 empfangenen
Signale werden durch den AGC-Verstärker 81 bzw. 82 verstärkt und
dann als Haupt- und Subsignale des MF-Tonrundfunks an die nachfolgende
Stufe ausgegeben. In der nachfolgenden Stufe werden die Haupt- und
Subsignale umgeschaltet, sodass eine Verbesserung der Tonqualität durch
das Diversity-System erzielt werden kann.
-
11 zeigt
schematisch den elektrischen Aufbau eines geteilt aufgebauten Antennenverstärkers 90, der
eine fünfte
Ausführungsform
der Erfindung darstellt. Der geteilt aufgebaute Antennenverstärker 90 dieser Ausführungsform
umfasst mehrere Antennenverstärker 11, 21 oder 51 von 1, 4 oder 7 als AGC-Verstärker 91 und 92.
Ein Hochfrequenzsignal wird als Eingang von einem BPF 93 an
den AGC-Verstärker 91 geführt, das
ein Frequenzband von beispielsweise 470 MHz im UHF-Band selektiv
durchlässt.
Ein Hochfrequenzsignal wird als Eingang von einem BPF 94 an
den AGC-Verstärker 92 geführt, das
ein Frequenzband von beispielsweise 76 bis 222 MHz im VHF-Band selektiv
durchlässt.
-
12 zeigt
schematisch Durchlassbereichskennlinien der BPFs 93 und 94 von 11.
FM-Signale von FM-Tonrundfunk und dergleichen sowie TV-Signale vom
Fernsehfunk und dergleichen sind im Durchlassbereich des VHF-Bands
im BPF 94 eingeschlossen. TV-Signale vom Fernsehfunk und dergleichen
sind hauptsächlich
im Durchlassbereich des UHF-Bandes im BPF 93 eingeschlossen.
FM-Signale und TV-Signale
sind in den Hochfrequenzsignalen enthalten, die als Eingangssignale
dem AGC-Verstärker 92 zugeführt werden und
daher durch eine Verzweigungsschaltung 95 in 11 voneinander
getrennt werden. Wie in 11 dargestellt
ist, werden TV-Signale, die von der Verzweigungsschaltung 95 als
Komponenten mit höherer
Frequenz abgezweigt werden, über
ein FM-Bandsperrfilter 96 als Eingang an den Verstärker 97 geführt. Das
FM-Bandsperrfilter 96 dämpft
das Frequenzband eines FM-Signals, und der Verstärker 97 verstärkt den
Ausgangspegel eines TV-Signals so, dass es mit dem eines vom AGC-Verstärker 91 gelieferten
TV-Signals zusammenfällt. Das
vom AGC-Verstärker 91 als
Ausgang gelieferte TV-Signal und ein vom Verstärker 97 als Ausgang
geliefertes TV-Signal
werden in einer Syntheseschaltung 98 zusammengeführt, und
das zusammengeführte
Signal wird als Ausgang an einen Fernsehverstärker in der nachstehenden Stufe
geleitet.
-
In
dem geteilt aufgebauten Antennenverstärker 90 dieser Ausführungsform
verstärken
die AGC-Verstärker 91 und 92,
die Antennenverstärker
sind, Hochfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzbänder oder das
UHF- und VHF-Band. Die Umschaltkriterien der AGC-Verstärker 91 und 92 sind
entsprechend den Frequenzbändern
auf unterschiedliche Werte eingestellt. Das Umschaltkriterium des
AGC-Verstärkers 91 ist
zum Empfang von Fernsehfunk des UHF-Frequenzbands festgelegt, und
das Umschaltkriterium des AGC-Verstärkers 92 ist zum Empfang
von FM-Tonrundfunk und Fernsehfunk im VHF-Frequenzband festgelegt.
Da das Umschaltkriterium des AGC-Verstärkers 92 für das VHF-Frequenzband
niedriger eingestellt ist, können
die Verstärker
in adäquater
Weise selektiv so verwendet werden, dass im VHF-Frequenzband die
Verzerrungscharakteristik im Fall eines Eingangs mit hohem Pegel
verstärkt
wird und im UHF-Frequenzband die Empfindlichkeit erhöht wird.
-
Bei
dieser Ausführungsform
werden mehrere Antennenverstärker
für jeweils
verschiedene Frequenzbänder
verwendet, wobei in jedem der Antennenverstärker, wenn der Pegel eines
Hochfrequenzsignal-Ausgangs
von einem Verstärker übermäßig hoch
ist, ein Schaltvorgang vorgenommen wird, sodass das Hochfrequenzsignal
durch eine Bypassschaltung an die nachfolgende Stufe übertragen
wird, ohne dass es durch den Verstärker gelangt. Die Umschaltkriterien
der Antennenverstärker
sind entsprechend den durch die Antennenverstärker zu verarbeitenden Frequenzbänder auf
jeweils unterschiedliche Werte eingestellt, wodurch die Antennenverstärker in
adäquater
Weise arbeiten können.
-
13 zeigt
schematisch den Aufbau eines Antennenverstärkers 101, der in
Bezug auf die erste Ausführungsform
der Erfindung eine Vergleichs-Ausführungsform darstellt. Bei dieser
Vergleichs- Ausführungsform
sind Komponenten, die den Komponenten der oben beschriebenen Ausführungsformen
entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, wobei eine
nochmalige Beschreibung entbehrlich ist. Anstelle eines invertierenden
Verstärkers
wird bei der Vergleichs-Ausführungsform
als Verstärker 102 ein
nicht-invertierender Verstärker verwendet.
Die Umschaltschaltung 16, die durch die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 gesteuert
wird, umfasst PIN-Dioden 110a und 110b, die als
elektronische Schaltelemente dienen. Die Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 liefert
Signale zum entsprechenden Schalten der PIN-Dioden 110a und 110b über die Widerstände 111a und 111b.
Wenn ein Durchlassstrom an die PIN-Diode 110a oder 110b geliefert
wird, wird die Impedanz der Diode verringert, und die Diode wird
leitend und wirkt als Schaltelement für ein Hochfrequenzsignal. Wenn
an der PIN-Diode kein Durchlassstrom anliegt, ist die Impedanz der
Diode hoch, und die Diode wird nicht-leitend und wirkt nicht als
Schaltelement für
ein Hochfrequenzsignal.
-
Der
Schaltausgang der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 ist
an der Eingangsseite der Widerstände 111a und 111b mit
Kondensatoren 112a und 112b verbunden, die als
Bypass-Kondensatoren
dazu dienen, ein Hochfrequenzsignal an Erde zu legen. Da die Kondensatoren 112a und 112b und
dergleichen in der Schaltung vorgesehen sind, besitzt der Ausgang
der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 eine
relativ große
Zeitkonstante. Gleichspannungs-Sperrkondensatoren 113a und 113b sind
zwischen die PIN-Diode 110a und die Bypassschaltung 14 bzw.
zwischen die PIN-Diode 110b und den Ausgang des Verstärkers 102 geschaltet.
Die geschalteten Ausgänge
der PIN-Dioden 110a und 110b werden über einen
Kondensator 114 zur Last geleitet. Eine Spule 115 ist
als Rückführungspfad
für Durchlassströme der PIN-Dioden 110a und 110b vorgesehen.
Widerstände 117a, 117b und 117c sind
mit den Eingängen
der PIN-Dioden 110a und 110b bzw. ihrem gemeinsamen
Ausgang verbunden, sodass Messpunkte CHa, CHb und CHc zur Signalformbeobachtung
gebildet werden, wie später
beschrieben wird. Ein Gleichspannungs-Sperrkondensator 118 ist
zwischen den Ausgang des Verstärkers 102 und
den Eingang der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 geschaltet.
-
Für ein Hochfrequenzsignal
zeigen die Kondensatoren 113a und 113b eine niedere
Impedanz. Falls aufgrund der oben beschriebenen Zeitkonstante eine
Zeitperiode auftritt, in der beide PIN-Dioden 110a und 110b leitend
sind, wird daher der Ausgang des Verstärkers 102 mit dem
Eingang des Verstärkers
verbunden, was zu der Möglichkeit
führt,
dass aufgrund positiver Rückkopplung
Schwingungen auftreten.
-
Die 14, 15, 16 und 17 zeigen
Transienten-Signalformen, die an folgenden Punkten beobachtet werden:
an den Messpunkten CHa und CHb, die über die Widerstände 117a und 117b in 13 mit
den individuellen Eingängen
der PIN-Dioden 110a bzw. 110b verbunden sind;
an einem Messpunkt CHc, der über
den Widerstand 117c mit dem gemeinsamen Ausgang der Dioden
verbunden ist, und an einem Messpunkt CHd eines Audio-Ausgangs vom
Lautsprecher eines Empfängers,
der ein Hochfrequenzsignal vom Antennenverstärker 101 empfängt und
es wiedergibt.
-
14 zeigt Änderungen
in dem Fall, dass die PIN-Diode 110a aus dem Zustand AUS
in den Zustand EIN und die PIN-Diode 110b aus dem Zustand
EIN in den Zustand AUS geschaltet werden. 15 zeigt
die Änderungen
in dem Fall, wenn die PIN-Diode 110a aus dem Zustand EIN
in den Zutand AUS und die PIN-Diode 110b aus dem Zustand
AUS in den Zustand EIN geschaltet werden. Aus der Signalform am
Messpunkt CHc ist ersichtlich, dass der Verstärker 102 zum Zeitpunkt
des Schaltens schwingt. Zum Zeitpunkt des Schaltens auf die Seite
des Verstärkers,
was in 15 dargestellt ist, schwingt
der Verstärker
insbesondere leichter im Vergleich mit dem zeitlichen Schalten zur
Bypassschaltung 14, wie in 14 dargestellt
ist, und der Ausgangspegel des Lautsprechers am Messpunkt CHd ist
hoch. Wie oben beschrieben wurde, treten dann, wenn der Verstärker 102 kein
invertierender Verstärker
ist, Schwingungen auf, wenn die Zeitkonstante der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 groß ist.
-
16 und 17 zeigen
zu Vergleichszwecken Änderungen
in dem Fall, dass die PIN-Diode 110a aus dem Zustand AUS
in den Zustand EIN und die PIN-Diode 110b aus dem Zustand
EIN in den Zustand AUS geschaltet werden, wobei die Zeitkonstante
der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 groß eingestellt
ist, sowie die Änderungen,
wenn die Zeitkonstante klein eingestellt ist. Es ist ersichtlich,
dass der Rauschpegel im Fall von 17, wenn
die Zeitkonstante klein ist, höher
ist. Daher wird die Zeitkonstante der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 bevorzugt
etwas groß eingestellt,
sodass das Rauschen verringert wird. Wenn ein nicht-invertierender Verstärker verwendet
wird, treten allerdings Schwingungen auf. Wenn ein invertierender Verstärker ähnlich dem
Verstärker 12 als
Verstärker 52 in
der anderen Ausführungsform
verwendet wird, treten kaum Schwingungen auf, und das Rauschen kann
auch dann verringert werden, wenn die Zeitkonstante der Ausgangs-Umschaltungsschaltung 15 relativ
groß eingestellt
ist und der Schaltvorgang mit einem Glättungsprozess durchgeführt wird.
-
18 zeigt
ein Ersatzschaltbild eines Aufbaus, bei dem der Antennenverstärker
11 von
1 als AM-Antennenverstärker verwendet
ist. Im AM-Tonrundfunkt wird das mittlere Frequenzband, bei dem
die Radiowellen eine lange Wellenlänge besitzen, verwendet, und
daher ist die Impedanz ZY der Antenne
200 hoch. Wenn die
Spannung des Empfangsausgangs von der AM-Antenne
200 mit
V1 bezeichnet wird, die Ausgangsspannung des Verstärkers
5 mit
V2 bezeichnet wird und die Eingangsspannung der Last mit V3 bezeichnet wird,
ergibt sich folgende Beziehung, wenn der Antennenverstärker
11 verwendet
wird:
-
Wenn
ZA << ZX ist, resultiert
entsprechend V3 ≈ V2.
Im Gegensatz dazu ergibt sich im durchgeschalteten Zustand, in dem
die Umschaltschaltung
16 zur Seite der Bypassschaltung
14 geschaltet
ist, folgende Beziehung:
-
Wenn
ZY >> ZX ist, resultiert
entsprechend V3 ≈ 0.
Im Ergebnis ist die Eingangsspannung V3 an der Last im Wesentlichen
gleich Null in einem relativ niedrigen Frequenzband, wie etwa dem
mittleren Frequenzband, in dem AM-Tonrundfunk empfangen wird, wenn
die Schaltung auf den Durchlasszustand geschaltet ist, weshalb ein
Rundfunkempfang nahezu unmöglich
ist.
-
Wenn
bei dieser Ausführungsform
ein AM-Antennenverstärker,
bei dem die Impedanz ZY der Antenne 200 hoch ist, zu konfigurieren
ist, wird im Fall eines hohen Eingangspegels ein Umschalten zum
Signaldurchlasszustand, in dem ein Signal durch die Bypassschaltung
geleitet wird, nicht durchgeführt,
und der Eingang zum Verstärker 12 wird
gedämpft
und dann vom Verstärker 12 verstärkt. Auch
wenn die Impedanz beim Empfang eines Signals vom Antennenverstärker 201 niedrig
ist, kann daher verhindert werden, dass das Signal übermäßig gedämpft wird.
-
Die
Erfindung kann auch in anderen speziellen Formen realisiert werden,
ohne dass ihre wesentlichen Charakteristika verlassen werden. Die
vorliegenden Ausführungsformen
sind daher in jeder Hinsicht nur als erläuternd und nicht als einschränkend zu
betrachten, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und
nicht durch die vorstehende Beschreibung definiert ist und sämtliche Änderungen,
die im Sinne und im Äquivalenzbereich
der Ansprüche
liegen, entsprechend von ihnen umfasst sein sollen.
