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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anpassungseinheiten für den Empfang
von Fernsehübertragungen.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
herkömmliche
Anpassungseinheit wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben, die
ein Blockdiagramm der herkömmlichen
Anpassungseinheit zeigt. Hochfrequenzsignale im Bereich von etwa
500 MHz bis 900 MHz gelangen in die Antenne 1 für den Empfang
von Signalen des VHF- und UHF-Bandes. Ein Ausgangssignal wird von
der Antenne 1 zur Anpassungseinheit 12 geführt, die
einen Eingangsanschluss 2 und einen Ausgangsanschluss 3 besitzt,
und ein vom Ausgangsanschluss 3 geliefertes Ausgangssignal
wird in den elektronischen Tuner 4 eingegeben. Der Tuner 4 wählt das
Signal eines gewünschten
Kanals und wandelt das Signal zur gegebenen Zwischenfrequenz (IF:
intermediate frequency) um, dann gibt er das Signal aus dem Ausgangsanschluss 5 aus.
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Zwischen
dem Eingangsanschluss 2 und dem Ausgangsanschluss 3 der
Anpassungseinheit 12 liegt eine erste Komponentenkette,
die aus einem ersten Schalter 6 und einem Tiefpassfilter
(LPF: low pass filter) 7 besteht. Eine zweite Komponentenkette,
die aus einem zweiten Schalter 8 und einem Bandpassfilter
(BPF) 9 besteht, sowie eine dritte Komponentenkette, die
aus einem dritten Schalter 10 und einem Hochpassfilter (HPF:
high pass filter) 11 besteht, sind parallel zur ersten
Komponentenkette angeordnet. Die Grenzfrequenz des LPF 7 ist
ungefähr
gleich der höchsten
Frequenz unter den Kanälen
des tiefen VHF-Bandes (90 bis 108 MHz in Japan, 55 bis 88 MHz in
den USA). Die Frequenzen des hohen VHF-Bandes (170 bis 222 MHz in
Japan, 170 bis 216 MHz in den USA) gehen durch das BPF 9 hindurch.
Die Grenzfrequenz des HPF 11 ist ungefähr gleich der tiefsten Frequenz
unter den UHF-Kanälen
(470 bis 770 MHz in Japan, 470 bis 806 MHz in den USA).
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Beim
Empfang eines Kanals im tiefen VHF-Band schliesst die Anpassungseinheit
nur den ersten Schalter 6, so dass das Signal zum LPF 7 geführt wird.
Im Ergebnis werden die Signale mit Frequenzen oberhalb des tiefen
VHF-Bandes gedampft. Beim Empfang eines Kanals im hohen VHF-Band
wird nur der zweite Schalter 8 geschlossen, so dass das
Signal zum BPF 9 geführt
wird und andere Signale als die des hohen VHF-Bandes gedampft werden.
Des weiteren wird beim Empfang eines Kanals im UHF-Band nur der
dritte Schalter 10 geschlossen, so dass die Signale zum
HPF 11 geliefert und tiefere Frequenzen als das UHF-Band gedampft
werden. Diese Filterkreise versehen jede der eingegebenen Frequenzen
mit einer Impedanzanpassung zwischen der Antenne und dem Tuner.
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Die
herkömmliche
Anpassungseinheit ist aber mit Filtern ausgerüstet, die die Impedanzanpassung
an die betreffenden Frequenzbänder
ausführen,
so dass der Schaltkreis der Anpassungseinheit kompliziert und umfangreich
wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf das oben diskutierte Problem gerichtet
und zielt darauf ab, eine Anpassungseinheit geringerer Grösse zur
Verfügung
zu stellen. Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst die Anpassungseinheit
der vorliegenden Erfindung die folgenden Elemente:
einen zwischen
einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss geschalteten
Kondensator;
eine zwischen den Kondensator und Erde geschaltete
erste Induktionsspule;
eine zwischen einen Ausgangsanschluss
des Kondensators und Erde geschaltete zweite Induktionsspule; und
Schaltmittel
zum Umschalten zwischen einem tiefen Band des VHF-Bandes und einem
hohen Band des VHF-Bandes.
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Die
Schaltmittel schalten zumindest den Wert der ersten Induktionsspule,
und die erste Induktionsspule wirkt sowohl im tiefen als auch im
hohen Band des VHF-Bandes als eine Induktivität, aber wirkt als eine Kapazität im UHF-Band.
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Durch
den oben diskutierten Aufbau kann die Anpassungseinheit lediglich
durch ein Schalten der beiden Schaltkreise, d.h. ein Schalten zwischen
dem tiefen und dem hohen Band des VHF-Bandes, eine Impedanzanpassung
für das
tiefe und das hohe Band des VHF-Bandes zur Verfügung stellen. Durch diesen
Aufbau kann die Anpassungseinheit ferner als eine Kapazität bezüglich des
UHF-Bandes wirken, so dass Signale mit wenig Verlust durchgeleitet
werden können.
Im Ergebnis kann die Anpassungseinheit mit einem einfacheren Schaltkreis
und einem geringeren Preis kleiner gestaltet werden.
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Zusätzliche
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
eingehenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen hervorgehen, die
am besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu verstehen
sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Anpassungseinheit gemäss einer ersten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2A und 2B zeigen
Reaktanz-Kennlinien einer dritten und einer vierten Induktionsspule,
die in der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwendet werden.
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3 zeigt
ein Ersatzschaltbild beim Empfang des tiefen VHF-Bandes gemäss der ersten
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
ein Ersatzschaltbild beim Empfang des hohen VHF-Bandes gemäss der ersten
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
ein Ersatzschaltbild beim UHF-Empfang gemäss der ersten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
ein weiteres Ersatzschaltbild beim UHF-Empfang gemäss der ersten
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
ein Smith-Diagramm einer Antenne und der Anpassungseinheit beim
VHF-Empfang gemäss
der ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt
ein Smith-Diagramm der Antenne und der Anpassungseinheit beim UHF-Empfang
gemäss
der ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt
ein Schaltschema einer Anpassungseinheit gemäss einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt
eine Auslegung von Bauteilen gemäss
der zweiten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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11 veranschaulicht
einen Hochfrequenzempfänger
gemäss
einer dritten beispielhaften Ausführungsform mit der in der zweiten
Ausführungsform
verwendeten Anpassungseinheit.
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12 ist
ein Blockdiagramm einer herkömmlichen
Anpassungseinheit.
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Beschreibung der Erfindung
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Beispielhafte Ausführungsform 1
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Die
erste Ausführungsform
wird hiernach unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgestellt. 1 ist
ein Blockdiagramm einer Anpassungseinheit gemäss der ersten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Stabantenne 21 empfängt Fernsehübertragungswellen
im Bereich von etwa 50 MHz bis 900 MHz und hat eine Länge von
etwa 40 mm. Da die Antenne 21 aus Messing besteht, ist ihr
Widerstand gering, und der Verlust beim Hochfrequenzsignal ist ebenfalls
gering, so dass eine Antenne mit einer ausgezeichneten Empfangsempfindlichkeit
erhalten werden kann.
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Die
Anpassungseinheit 23 enthält einen Eingangsanschluss 22,
der mit der Antenne 21 verbunden ist, sowie einen Ausgangsanschluss 24,
der mit einem elektronischen Tuner 25 verbunden ist. Der
Tuner 25 wählt einen
gewünschten
Kanal aus und wandelt das Signal in ein Zwischenfrequenzsignal um
(IF: intermediate frequency; 58,75 MHz in Japan, 45,75 MHz in den
USA), ehe das IF-Signal vom Ausgangsanschluss 26 des Tuners
ausgegeben wird.
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Als
Nächstes
wird der elektronische Tuner 25 beschrieben. Der Tuner 25 empfängt Signale
des VHF- wie auch des UHF-Bandes und umfasst einen Eingangsanschluss 27,
der mit dem Ausgangsanschluss 24 der Anpassungseinheit 23 verbunden
ist. Der Eingangsanschluss 27 ist mit dem Tiefpassfilter
(LPF: low-pass filter) 28, das die Signale des UHF-Bandes
dampft, sowie mit dem Hochpassfilter (HPF: high-pass filter) 29 gekoppelt,
das die Signale des VHF-Bandes dämpft.
Ein erstes Ausgangssignal vom LPF 28 wird dem Empfänger 30 zugeführt, der
Signale des tiefen VHF-Bandes empfängt, ein zweites Ausgangssignal
vom LPF 28 wird dem Empfänger 31 zugeführt, der
Signale des hohen VHF-Bandes empfängt. Ein Ausgangssignal vom
HPF 29 wird dem Empfänger 32 zugeführt, der
Signale des UHF-Bandes empfängt.
Die jeweiligen Ausgangssignale der Empfänger 30, 31 und 32 werden
zum Ausgangsanschluss 26 des Tuners geleitet.
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Der
Empfänger 30 für die Signale
des tiefen VHF-Bandes umfasst die folgenden Elemente:
ein Einzel-Abstimmfilter 41,
das aus einem Abstimmkreis gebildet ist;
einen Hochfrequenzverstärker 42 zum
Empfang eines Ausgangssignals vom Filter 41;
ein Mehrfach-Abstimmfilter 43,
das aus zwei Abstimmkreisen gebildet ist und ein Ausgangssignal
vom Verstärker 42 empfängt; und
einen
ersten Mischer 45, dessen erster Eingangsanschluss ein
Ausgangssignal vom Filter 43 empfängt und dessen zweiter Eingangsanschluss
ein Ausgangssignal vom ersten Lokaloszillator 44 empfängt.
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Der
Empfänger 31 für die Signale
des hohen VHF-Bandes und der Empfänger 32 für die Signale
des UHF-Bandes haben einen Aufbau, der dem vorangehenden des Empfängers 30 ähnlich ist.
Im Falle des Empfängers 31 sind
zuerst ein Einzel-Abstimmfilter 46,
ein Hochfrequenzverstärker 47,
ein Mehrfach-Abstimmfilter 48, ein zweiter Lokaloszillator 49 und
ein zweiter Mischer 50 in dieser Reihenfolge zusammengeschaltet.
Im Falle des Empfängers 32 für das UHF-Band
sind ein Einzel-Abstimmfilter 51,
ein Hochfrequenzverstärker 52, ein
Mehrfach-Abstimmfilter 53, ein dritter Lokaloszillator 54 und
ein dritter Mischer 55 in dieser Reihenfolge zusammengeschaltet.
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Als
Nächstes
wird hiernach die Anpassungseinheit 23 beschrieben. Der
Eingangsanschluss 22 der Anpassungseinheit 23 ist
mit einem ersten Kondensator 60 verbunden. Zwischen den
ersten Kondensator 60 und den Ausgangsanschluss 24 der
Anpassungseinheit 23 ist ein zweiter Kondensator 61 geschaltet,
und ein zweiter Induktor 65 ist zwischen Erde und den Verbindungspunkt 80 des
ersten und zweiten Kondensators 60 und 61 geschaltet.
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Der
erste Induktor 62 wird aus den in Serie miteinander verbundenen
Induktionsspulen 62a und 62b gebildet, wobei die
Induktionsspule 62a auf der Seite des Eingangsanschlusses 22 angeordnet
ist. Zwischen dem Verbindungspunkt 63 der Induktionsspulen 62a und 62b ist
ein erster Schalter (SW1) 64 eingefügt. Der zweite Induktor 65 besteht
aus den in Serie miteinander verbundenen Induktionsspulen 65a und 65b,
wobei die Induktionsspule 65a auf der Seite des ersten
Kondensators 60 angeordnet ist. Ein zweiter Schalter (SW2) 67 ist
zwischen dem Verbindungspunkt 66 der Induktionsspulen 65a und 65b und
Erde eingefügt.
Der erste und der zweite Schalter 64 und 67 sind
gekoppelt, um den Anschluss 68 zu steuern, der in der Anpassungseinheit 23 angeordnet
ist, und die beiden Schalter können
synchron miteinander geschlossenu oder geöffnet werden. In dieser ersten
Ausführungsform
werden der erste Schalter 64 und der zweite Schalter 67 als
Beispielfall der Schaltmittel verwendet.
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2A und 2B zeigen
schematisch die Reluktanz-Kennlinien der in dieser ersten Ausführungsform
verwendeten Induktionsspulen. 2A zeigt
die Reluktanz-Kennlinien
der Induktionsspulen 62a bzw. 65a, 2B zeigt
die der Induktionsspulen 62b bzw. 65b. In diesen
Zeichnungen stellt die seitliche Achse 71 die Frequenzen
dar, die senkrechte Achse 72 stellt die Reluktanz dar.
Eine positive Richtung auf der vertikalen Achse 72 zeigt
induktive Eigenschaften, eine negative Richtung kapazitive Eigenschaften
an.
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2A sagt
aus, dass die Induktionsspulen 62a und 65a induktive
Eigenschaften gegenüber
dem tiefen VHF-Band 73 und dem hohen VHF-Band 74 zeigen
und dass sie andererseits kapazitive Eigenschaften gegenüber dem
UHF-Band 75 zeigen. In anderen Worten lassen sich diese
Phänomene
dadurch erreichen, dass die Eigenresonanzfrequenzen 76 der
Induktionsspulen 62a und 65a zwischen der höchsten Frequenz 74a (hiernach
als das obere Ende von VHF-hoch bezeichnet) des hohen VHF-Bandes
und der tiefsten Frequenz 75a (hiernach als das untere
Ende des UHF-Bandes bezeichnet) des UHF-Bandes 75 gewählt werden.
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Andererseits
sagt
2B aus, dass die Induktionsspulen
62b und
65b induktive
Eigenschaften gegenüber
dem tiefen VHF-Band
73, aber kapazitive Eigenschaften gegenüber dem
UHF-Band
75 zeigen. In anderen Worten lassen sich diese
Phänomene
dadurch erreichen, dass die Eigenresonanzfrequenzen
77 der
Induktionsspulen
62b und
65b zwischen der höchsten Frequenz
73a (hiernach
als das obere Ende von VHF-tief bezeichnet) des tiefen VHF-Bandes
und dem unteren Ende
75a des UHF-Bandes gewählt werden.
Tabelle 1 liefert eine Zusammenfassung der Beziehungen zwischen
den Empfangsfrequenzen und den betreffenden Induktionsspulen. Tabelle 1
Band | tiefes
VHF-Band | hohes
VHF-Band | UHF-Band |
Frequenz | 90
MHz-108 MHz | 170
MHz-222 MHz | 470
MHz-770 MHz |
L1 | Induktivität | Induktivität | Kapazität |
L2 | Induktivität | Induktivität oder Kapazität | Kapazität |
L3 | Induktivität | Induktivität | Kapazität |
L4 | Induktivität | Induktivität oder Kapazität | Kapazität |
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Die
Funktion der vorangehend beschriebenen Anpassungseinheit beim Signalempfang
wird hiernach dargestellt. 3 bis 5 zeigen
Ersatzschaltbilder der Anpassungseinheit. Das in 3 gezeigte
Schaltbild wird verwendet, wenn die Anpassungseinheit Signale im
tiefen VHF-Band empfängt,
das in 4 gezeigte wird verwendet, wenn die Einheit Signale
im hohen VHF-Band empfängt,
und das in 5 gezeigte wird verwendet, wenn
die Einheit Signale im UHF-Band empfängt.
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Tabelle
2 hierunter zeigt, dass der erste Schalter (SW1)
64 und
der zweite Schalter (SW2)
67 beide geöffnet sind, wenn die Anpassungseinheit
23 das
tiefe VHF-Band empfängt,
und dass SW1 und SW2 beide geschlossen sind, wenn sie das hohe VHF-Band
empfängt.
Beim Empfang des UHF-Bandes können
SW1 und SW2 beide geschlossen oder beide geöffnet sein. Tabelle 2
Band | tiefes
VHF-Band | hohes
VHF-Band | UHF-Band |
Frequenz | 90
MHz-108 MHz | 170
MHz-222 MHz | 470
MHz-770 MHz |
SW1 & SW2 | beide
geöffnet | beide
geschlossen | beide
geschlossen oder beide geöffnet |
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In
dieser ersten Ausführungsform
sind SW1 und SW2 beide geöffnet,
wenn die Anpassungseinheit das UHF-Band empfängt.
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Zuerst
wird unter Bezugnahme auf 3 der Fall
vorgestellt, wenn das tiefe VHF-Band empfangen wird. In diesem Fall
sind der erste Schalter 64 und der zweite Schalter 67 beide
geöffnet,
so dass die aus den Induktionsspulen 62a und 62b gebildete
Komponentenkette zwischen den Eingangsanschluss 22 und
Erde eingefügt
ist, wie in 3 gezeigt. Eine weitere, aus
den Induktionsspulen 65a und 65b gebildete Komponentenkette
ist zwischen Erde und den Verbindungspunkt 80 des ersten
Kondensators 60 und des zweiten Kondensators 61 eingefügt. Da die
Induktionsspulen jeweils in Serie verbunden sind, wird die kombinierte
Induktivität
grösser,
wodurch die Anpassung an die tiefen Frequenzen des tiefen VHF-Bandes
erreicht wird.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 4 der Fall
vorgestellt, wenn das hohe VHF-Band empfangen wird, In diesem Fall
sind der erste Schalter 64 und der zweite Schalter 67 beide
geschlossen, so dass die Induktionsspule 62a auf ihrer
zur Induktionsspule 62b hin gewandten Seite direkt mit
Erde verbunden ist, während
die Induktionsspule 65a auf ihrer zur Induktionsspule 65b hin
gewandten Seite direkt mit Erde verbunden ist. Im Ergebnis ist nur
die Induktionsspule 62a zwischen den Eingangsanschluss 22 und
Erde eingefügt,
und nur die Induktionsspule 65a ist zwischen Erde und den
Verbindungspunkt 80 eingefügt, wie in 4 gezeigt.
Somit wird die Induktivität
kleiner, wodurch die Anpassung an die hohen Frequenzen des hohen VHF-Bandes erreicht wird.
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Schliesslich
wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 der
Fall vorgestellt, wenn die Signale des UHF-Bandes empfangen werden. 5 zeigt
das Ersatzschaltbild für
diesen Fall, wobei Schalter 64 und 67 geöffnet sind,
während 6 das
Ersatzschaltbild für
den gleichen Fall zeigt, wobei Schalter 64 und 67 geschlossen
sind. Wie zuvor in 2 diskutiert, zeigen
alle Induktionsspulen kapazitive Eigenschaften bezüglich der
Signale im UHF-Band. Somit sind, wie in 5 und 6 gezeigt,
die kapazitiven Eigenschaften zwischen den Eingangsanschluss 22 und
Erde bzw. zwischen den Verbindungspunkt 80 und Erde eingefügt, wenn
die Signale des UHF-Bandes empfangen werden. Beim Empfang der Signale
des UHF-Bandes kann die Anpassungseinheit 23 daher so behandelt
werden, als wäre
sie lediglich aus kapazitiven Komponenten gebildet. In dieser ersten
Ausführungsform
ist die Anpassungseinheit 23 so eingestellt, dass sie die
Signale des UHF-Bandes empfängt,
während
die Schalter 64 und 67 geöffnet sind. Der vorangehenden
Vorstellung zufolge ist in diesem Falle die Komponentenkette, die
aus der durch die Induktionsspule 62a bewirkten kapazitiven
Komponente 81 und der durch die Induktionsspule 62b bewirkten
kapazitiven Komponente 82 gebildet wird, zwischen den Eingangsanschluss 22 und
Erde eingefügt.
Eine weitere, aus der durch die Induktionsspule 65a bewirkten kapazitiven
Komponente 83 und der durch die Induktionsspule 65b bewirkten
kapazitiven Komponente 84 gebildete Komponentenkette ist
zwischen den Verbindungspunkt 80 und Erde eingefügt. In diesem
Falle können die
Eigenresonanzfrequenz 76 der Induktionsspulen 62a und 65a und
die Eigenresonanzfrequenz 77 der Induktionsspulen 62b und 65b beide
zwischen das obere Ende 73a von VHF-tief und das untere
Ende 75a von UHF gelegt werden.
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Die
Anpassungseinheit 23 kann die Signale des UHF-Bandes empfangen,
während
die Schalter 64 und 67 geschlossen sind. In diesem
Falle ist, wie in 6 gezeigt, die kapazitive Komponente 90,
die durch die Induktionsspule 62a bewirkt wird, zwischen
den Eingangsanschluss 22 und Erde eingefügt, während die kapazitive
Komponente 91, die durch die Induktionsspule 65a bewirkt
wird, zwischen den Verbindungspunkt 80 und Erde eingefügt ist.
Die Eigenresonanzfrequenz 76 der Induktionsspulen 62a und 65a kann
zwischen das obere Ende 74a von VHF-hoch und das untere
Ende 75a des UHF-Bandes gelegt werden. In beiden Fällen ist
es wichtig zu verhindern, dass die Eigenresonanzfrequenz der Induktionsspule,
durch die das Signal läuft, in
das Frequenzband eintritt, das empfangen werden soll.
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Allgemein
ist es für
ein Hochfrequenzsignal leichter, bei der höheren Frequenz durch ein kapazitives Element
zu gehen. Insbesondere kann ein Signal, das eine hohe Frequenz wie
diejenigen im UHF-Band besitzt, leicht durch ein kapazitives Element
gehen, so dass die kapazitive Komponente der betreffenden Induktionsspulen
im UHF-Band vorzugsweise
so klein wie möglich
ist. Wenn aber Signale im UHF-Band empfangen werden, während die
Schalter 64 und 67 geschlossen sind, sollte die
Resonanzfrequenz der Induktionsspule zwischen das obere Ende 74a von
VHF-hoch und das untere Ende 75a von UHF gelegt werden.
Dieses Erfordernis verlangt, dass die kapazitive Komponente gross
wird, so dass Signale der tieferen Frequenzen im UHF-Band dazu neigen,
grössere
Verluste zu erleiden.
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In
dieser ersten Ausführungsform
wird daher die Anpassungseinheit für den Empfang von Signalen des
UHF-Bandes eingestellt, während
die Schalter 64 und 67 beide geöffnet sind.
Diesem Aufbau zufolge ist beim Empfang der UHF-Signale die aus der
Kapazität 81 und
der Kapazität 82 gebildete
Komponentenkette zwischen den Eingangsanschluss 22 und
Erde eingefügt.
Eine weitere Komponentenkette, die aus der Kapazität 83 und
der Kapazität 84 gebildet
wird, ist zwischen den Verbindungspunkt 80 und Erde eingefügt. In anderen
Worten sind Kapazität 81 und
Kapazität 82 in
Serie geschaltet, und Kapazität 83 und
Kapazität 84 sind in
Serie geschaltet, so dass die Ersatzkapazität kleiner wird, wodurch sich
der Verlust der UHF-Signale verringert. Da des Weiteren die Resonanzfrequenz
der Induktionsspule zwischen dem oberen Ende 73a von VHF-tief
und dem unteren Ende 75a des UHF-Bandes liegen kann, ist
der zulässige
Bereich der Resonanzfrequenz so breit, dass eine breitere Auswahl
verfügbar
ist, um die Anpassung mit der Induktionsspule zu erreichen.
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Weil
der Unterschied zwischen dem oberen Ende von VHF-hoch und dem unteren
Ende des UHF-Bandes klein ist, wird in dieser ersten Ausführungsform
die Anpassungseinheit so eingestellt, dass die Signale des UHF-Bandes
empfangen werden, während
Schalter 64 und 67 beide geöffnet sind. Wenn aber der Unterschied
zwischen dem oberen Ende von VHF-hoch und dem unteren Ende des UHF-Bandes
grösser
ist, wie z.B. in einem Land oder einer Gegend, wo um das obere Ende
von VHF-hoch und das untere Ende des UHF-Bandes herum keine Übertragungen
verfügbar
sind, können
die UHF-Signale
empfangen werden, während
die Schalter 64 und 67 beide geschlossen sind.
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Die
Funktion der Anpassungseinheit mit dem oben beschriebenen Aufbau
wird hiernach unter Bezugnahme auf 7 und 8 vorgestellt. 7 zeigt
ein Smith-Diagramm
der Antenne und der Anpassungseinheit beim VHF-Empfang, während 8 ein
Smith-Diagramm der Antenne und der Anpassungseinheit beim UHF-Empfang
zeigt. Beide Diagramme zeigen induktive Eigenschaften in der oberen
Hälfte
des Kreises und kapazitive Eigenschaften in der unteren Hälfte des
Kreises. Ein Punkt in der Mitte des Kreises zeigt die Impedanz einer
Vorrichtung, die an die untere Seite der Anpassungseinheit 23 angeschlossen
werden soll. Der in dieser Ausführungsform
verwendete Tuner 25 hat allgemein eine Impedanz von 75 Ω, so dass
der Punkt in der Mitte von 7 auf 75 Ω eingestellt
ist.
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7 zeigt
die Impedanz 101 der Antenne 21 für das tiefe
VHF-Band und die Impedanz 102 der Antenne 21 für das hohe
VHF-Band. Antenne 21 ist eine 40 mm lange Stabantenne,
daher ist ihre elektrische Länge
so viel geringer als λ/4
eines Empfangssignals, dass die Impedanzen 101 und 102 äusserst
klein werden. Zum Beispiel hat die Frequenz des obersten Kanals
im hohen VHF-Band eine Wellenlänge
von 1300 mm, so dass die elektrische Länge der Antenne 21 geringer
als λ/4
und die Impedanz 102 niedrig ist. Die Frequenz des untersten
Kanals im tiefen VHF-Band hat eine Wellenlänge von 3330 mm, so dass die
Impedanz kleiner wird. Wie in 7 gezeigt,
ist die Impedanz 103 bei der niedrigsten Frequenz im VHF-Band äusserst
gering.
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Andererseits
empfängt
der elektronische Tuner 25 allgemein ein Eingangssignal
von 75 Ω.
Wenn die Antenne 21 direkt an den Tuner 25 angeschlossen
wird, ist daher die Impedanz dazwischen nicht angepasst, was zu
einer Dämpfung
des Signals führt.
Die vorliegende Erfindung verwendet dann Kondensatoren 60, 61 und
Induktionsspulen 62a, 62b, 65a, 65b als
Impedanzanpassungselemente. Diese Elemente werden verwendet, um die
Impedanz zwischen Vorrichtungen mit nicht angepasster Impedanz wie
der Antenne 21 und dem Tuner 25 einzustellen.
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Aus
diesem Grunde werden die Impedanz auf der Eingangsseite der Anpassungseinheit 23 und
die Impedanz der Antenne 21 so eingerichtet, dass sie allgemein
einander angepasst sind. In diesem Falle muss die Impedanz der Anpassungseinheit 23 im
Bereich komplexer Zahlen der Impedanz der Antenne 21 angepasst
werden. In anderen Worten wird die Impedanz auf der Eingangsseite
der Anpassungseinheit 23 auf einen Wert eingestellt, der
allgemein symmetrisch zur Impedanz 101 und Impedanz 102 der
Antenne 21 um die Achse 104 ist. Daher wird zuerst,
wie in 7 gezeigt, die Induktionsspule 62a auf
einen solchen Wert festgelegt, dass die Impedanz 105 der
Anpassungseinheit 23 beim Empfang des hohen VHF-Bandes
der Impedanz 102 der Antenne 21 angepasst sein
kann. Als Nächstes
wird die Induktionsspule 62b auf einen solchen Wert festgelegt,
dass die Impedanz 106 der Anpassungseinheit 23 beim
Empfang des tiefen VHF-Bandes der Impedanz 101 der Antenne 21 angepasst
sein kann. Dann werden der erste Kondensator 60, der zweite
Kondensator 61 und die Induktionsspulen 65a, 65b in
geeigneter Weise so gewählt,
dass die Impedanz am Ausgangsanschluss näher an ungefähr 75 Ω (Punkt
in der Mitte von 7) bezüglich der Frequenzen des tiefen und
hohen VHF-Bandes heranrückt.
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Da
aber die Antenne 21 ihren eigenen geringen Widerstandswert
besitzt, erzeugt sie wegen dieses Widerstandes eine Impedanz. Bei
der Impedanzanpassung zwischen der Antenne 21 und der Anpassungseinheit 23 wird
daher bevorzugt, die Impedanz wegen des Widerstandes der Anpassungseinheit 23 so
vorzukehren, dass sie allgemein gleich der Impedanz des Widerstandes
der Antenne 21 ist. Diese Vorkehrung führt zu einer weiteren Vorkehrung
wie folgt: ein Widerstandswert, der auf die kleinen Widerstandskomponenten
des Induktors selbst zurückgeht,
der aus den Induktionsspulen 62a und 62b gebildet
wird, wird so eingerichtet, dass er allgemein gleich dem Widerstand
ist, den die Antenne 21 selbst besitzt. In diesem Falle
werden Faktoren wie Typ und Anzahl der als Induktionsspulen 62a und 62b zu
verwendenden Elemente sowie der aus diesen Elementen gebildete Schaltkreis
in geeigneter Weise so gewählt,
dass der Widerstand der Anpassungseinheit 23 bestimmt werden
kann.
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Eine Änderung
der Impedanz, die durch die betreffenden Elemente der Anpassungseinheit 23 verursacht
wird, wird als Beispielfall für
den Empfang am unteren Ende von VHF-tief und am oberen Ende von VHF-hoch
beschrieben. Im ersten Fall des unteren Endes von VHF-tief bilden
die Induktivität 62a und
die Induktivität 62b die
zusammengesetzte Induktivität
mit der Impedanz 107, die dann durch den Kondensator 60 zur
Impedanz 108 verändert
wird. Die Induktivität 65a und
die Induktivität 65b bilden
eine weitere zusammengesetzte Induktivität, die die Impedanz 108 zur
Impedanz 109 verändert,
die schliesslich durch den Kondensator 61 zur Impedanz 111 nahe
dem Punkt 110 in der Mitte (75 Ω) verändert wird.
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Als
Nächstes
wird beim Empfang des hohen VHF-Bandes die Induktivität kleiner
als beim Empfang des tiefen VHF-Bandes, da nur die Induktionsspule 62a zwischen
den Eingangsanschluss 22 und Erde eingefügt ist.
Daher ist beim Empfang des oberen Endes von VHF-hoch die Impedanz
auf der Eingangsseite die Impedanz 112, die beim Empfang
des oberen Endes von VHF-hoch allgemein an die Impedanz 113 der
Antenne 21 angepasst ist. Die Impedanz 112 wird
durch den Kondensator 60 zur Impedanz 114 verändert, durch die
Induktionsspule 65a sodann zur Impedanz 115, schliesslich
wird die Impedanz 115 nahe dem Punkt 100 in der
Mitte (75 Ω)
zur Impedanz 116 verändert.
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An
letzter Stelle wird der Fall des Empfangs des UHF-Bandes unter Bezugnahme
auf 8 beschrieben, die eine Impedanz 120 der
Antenne 21 beim Empfang der Signale des UHF-Bandes aufzeigt.
Um das obere Ende des UHF-Bandes herum kommt die elektrische Länge der
Antenne 21 dem Wert von λ/4
nahe, so dass die Impedanz der Antenne 21 induktive Eigenschaften
zeigt. Da die betreffenden Induktionsspulen der Anpassungseinheit 23 beim
Empfang der UHF-Signale kapazitive Eigenschaften zeigen, ist es
leichter, die Impedanz der Anpassungseinheit 23 nahe an
den Bereich komplexer Zahlen der Impedanz der Antenne 21 heranzubringen.
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Um
das untere Ende des UHF-Bandes herum zeigen die Impedanz der Antenne 21 wie
auch die Impedanz der Anpassungseinheit 23 kapazitive Eigenschaften,
so dass die Anpassung zwischen ihnen nicht erwartet werden kann.
Da aber die von einem Kondensator verursachte Impedanz der Frequenz
umgekehrt proportional ist, hat die Anpassungseinheit 23 für die höheren Frequenzen
wie die des UHF-Bandes die kleinere Impedanz, weil die Impedanz
der Anpassungseinheit 23 nur aus kapazitiven Eigenschaften
besteht. Im Ergebnis kann ein kleinerer Verlust in den Signalen
erwartet werden.
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In
dieser ersten Ausführungsform
nimmt die Induktionsspule 62a einen Wert von 82 nH an,
die Induktionsspule 62b einen Wert von 440 nH, die Induktionsspule 65a einen Wert
von 120 nH und die Induktionsspule 65b einen Wert von 330
nH. Es sei angenommen, dass der Kondensator 60 einen Wert
von 2 pF, der Kondensator 61 einen Wert von 6 pF annehme.
Dann kann die Anpassungseinheit 23 die Anpassung sowohl
für das tiefe
VHF-Band als auch das hohe VHF-Band sowie kleinere Verluste in den
UHF-Signalen erreichen.
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Der
oben beschriebene Aufbau ermöglicht
es, dass für
die betreffenden Bänder
die Impedanz der Anpassungseinheit 23 an die der Antenne 21 angepasst
wird und dass sie ebenfalls an die des Tuners 25 angepasst
wird. In anderen Worten erreicht die Anpassungseinheit 23 die
Anpassung bezüglich
des unteren VHF-Bandes bzw. des oberen VHF-Bandes durch Umschalten
zwischen den beiden Schaltkreisen und zeigt kapazitive Eigenschaften
gegenüber
dem UHF-Band, so dass ein Signalverlust in den betreffenden Bändern verringert
werden kann. Im Ergebnis kann die Anpassungseinheit 23 die
Signale der betreffenden Bänder
mit ihrem sehr einfachen Schaltkreis verlustlos an den elektronischen
Tuner durchleiten, wodurch sich der Preis und die Abmessungen der
Anpassungseinheit selbst verringern.
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Da
die Anpassungseinheit 23 keine Anpassung für die Signale
des hohen VHF-Bandes
erreichen kann, während
sie die Signale des tiefen VHF-Bandes empfängt, ist es für die Signale
des hohen VHF-Bandes schwierig, durch die Anpassungseinheit 23 zu
gehen. Im Gegenzug kann die Anpassungseinheit 23 keine
Anpassung für
die Signale des tiefen VHF-Bandes erreichen, während sie die Signale des hohen
VHF-Bandes empfängt,
so dass es für
die Signale des tiefen VHF-Bandes schwierig ist, durch die Anpassungseinheit 23 zu gehen.
Dieser Mechanismus sowie der Ort der Anpassungseinheit 23,
nämlich
vor dem LPF 28 des Tuners 25, ermöglichen
eine Mässigung
der Dämpfungseigenschaften
der Eingangsfilter wie der Einzel-Abstimmfilter 41, 46 und
der Mehrfach-Abstimmfilter 43, 48, 52.
Im Ergebnis können
diese Eingangsfilter vereinfacht werden, wodurch sich der Preis
des Tuners 25 verringert und die von der Antenne 21 gelieferten
Signale verlustfrei empfangen werden.
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Die
Anpassungseinheit 23 kann die Anpassung erreichen, wenn
sie an eine Antenne angeschlossen wird, deren Länge genügend weit unterhalb der Viertelwellenlänge liegt,
so dass sie mit einer Antenne geringer Grösse verwendet werden kann.
Ferner sind Schalter 64 und 67 ausserhalb der
Signalleitungen angeordnet, so dass durch diese Schalter kein Signalverlust
bewirkt wird.
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Beispielhafte Ausführungsform 2
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Die
zweite beispielhafte Ausführungsform
wird hiernach unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgestellt. 9 zeigt
ein Schaltbild einer Anpassungseinheit gemäss der zweiten Ausführungsform, während 10 die
Auslegung der Bauteile der Anpassungseinheit zeigt. In diesen Zeichnungen
haben Elemente, die denen in 12 und 1 ähnlich sind,
die gleichen Bezugssymbole, und ihre Beschreibung entfällt. In 9 besteht
der erste Induktor 62 aus einer Komponentenkette aus den
Induktionsspulen 130, 131 und 132, die
in dieser Reihenfolge vom Eingangsanschluss 22 aus in Reihe
geschaltet sind. Der zweite Induktor 65 besteht aus einer
Komponentenkette aus den Induktionsspulen 133, 134 und 135.
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Die
Schalter 64 und 67 bestehen aus einem Schaltkreis
mit drei Dioden. Eine aus den Kondensatoren 136 und 137 gebildete
Komponentenkette ist zwischen die Verbindungspunkte 63 und 66 eingefügt, und
die Diode 138 ist zwischen diese Kondensatoren eingefügt. Die
Katode der Diode 138 ist mit der Anode der Diode 139 verbunden,
und die Katode der Diode 139 ist an Erde gelegt. Die Anode
der Diode 138 ist mit der Katode der dritten Diode 140 verbunden,
deren Anode über
einen Widerstand mit dem Steueranschluss 68 verbunden ist.
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Kondensatoren 136 und 137 verhindern,
dass ein Gleichstromsignal, d.h. ein Steuersignal, in den Eingangsanschluss
oder den Ausgangsanschluss gelangt. Weiter verhindert die Diode 138,
dass ein Hochfrequenzsignal zwischen den Verbindungspunkten 63 und 66 läuft, während die
Diode 139 ausgeschaltet ist. Die Diode 140 verhindert,
dass ein Hochfrequenzsignal aus dem Steueranschluss 68 herausläuft. Beim
Empfang der Signale des hohen VHF-Bandes werden die Dioden 138, 139 und 140 durch
Anlegen von 5 V an den Steueranschluss 68 eingeschaltet.
Beim Empfang der Signale des tiefen VHF-Bandes werden die Dioden 138, 139 und 140 durch
Anlegen von 0 V an den Anschluss 68 ausgeschaltet.
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Die
erwähnten
Schaltkreise bestehen aus Chipkomponenten, wie in 10 gezeigt,
und diese Komponenten sind durch Reflow-Löten so auf die doppelseitige
gedruckte Leiterplatte 151 montiert, dass sie untereinander
verbunden und an der Platte 151 befestigt sind. Der Eingangsanschluss 22 und
der Ausgangsanschluss 24 der Anpassungseinheit, der Steueranschluss 68 und
der Erdanschluss sind aus Durchsteckanschlüssen gebildet. Die Anpassungseinheit 23 ist
mit einer Abdeckung (nicht gezeigt) versehen, und die Füsse der
Abdeckung sind mit dem Erdanschluss verlötet, so dass die Anpassungseinheit 23 abgeschirmt
ist.
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In
dieser zweiten Ausführungseinheit
nimmt Kondensator 60 einen Wert von 2 pF, Kondensator 61 einen
Wert von 6 pF an. Die betreffenden Induktionsspulen sind auf die
in Tabelle 3 gezeigten Werte festgelegt, so dass eine Anpassung
sowohl für
das tiefe VHF-Band
als auch für
das hohe VHF-Band erreicht werden kann und die Verluste in den UHF-Band-Signalen durch
diese kleinere Anpassungseinheit verringert werden können.
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Tabelle
3 führt
die Induktionsspulen auf, die bezüglich 100 MHz (typisch für das tiefe
VHF-Band), 200 MHz (typisch für
das hohe VHF-Band) und 500 MHz (typisch für das UHF-Band) tatsächlich gemessen
worden sind. Die Induktionsspule (L10)
130 sollte bezüglich des
UHF-Bandes hier normalerweise kapazitive Eigenschaften gezeigt haben,
aber die Induktionsspule
130 hatte tatsächlich einen Wert von 1280
nH, also induktive Eigenschaften. Der Grund besteht darin, dass
für die
Induktionsspule
130 eine optimale Induktivität bezüglich des
tiefen und des hohen VHF-Bandes gewählt wurde und im Ergebnis die
Induktionsspule
130 allein genommen gegenüber dem
UHF-Band induktive Eigenschaften zeigt. In anderen Worten fällt die
Eigenresonanzfrequenz der Induktionsspule
130 in die Frequenzen
des UHF-Bandes. Tabelle 3
| Band | | tiefes VHF-Band | hohes VHF-Band | UHF-Band | |
Nr. | Frequenz | 1
MHz | 100
MHz | 200
MHz | 500
MHz |
130 | L10 | 82 | 83,5 | 94,4 | 2380 | L1 |
131 | L11 | 220 | 248,2 | 389,5 | –126 | L2 |
132 | L12 | 220 | 248,2 | 389,5 | –126 |
133 | L13 | 120 | 127.4 | 155,6 | –248 | L3 |
134 | L14 | 150 | 164,3 | 215,2 | –171 | L4 |
135 | L15 | 180 | 189,2 | 260,8 | –150 |
| (Einheit:
nH) |
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In
dieser zweiten Ausführungsform
wird die Induktionsspule daher durch Löten mit einer durch den Plattenleiter 152 verursachten
geringfügigen
Induktivität
angeschlossen. Dadurch verändert
sich die Resonanzfrequenz des aus der Induktionsspule 130 und
dem Plattenleiter 152 zusammengesetzten Induktors nach niedrigeren
Werten und zeigt kapazitive Eigenschaften gegenüber dem UHF-Band. Die geringfügige, durch den Plattenleiter 152 verursachte
Induktivität
ist so niedrig, dass sie nur wenig Einfluss gegenüber den
Frequenzen des VHF-Bandes hat.
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Kurz
gesagt gibt es nicht immer einen optimalen Wert, der allen Bedingungen
gerecht wird, und falls kein optimaler Wert verfügbar ist, wird der Wert so
ausgewählt,
dass die Induktionsspule induktive Eigenschaften gegenüber den
VHF-Frequenzen zeigt und eine optimale Anpassung sowohl für das hohe
als auch für
das tiefe VHF-Band erreicht werden kann. Wenn in diesem Zustand
die Induktionsspule 130 induktive Eigenschaften gegenüber den
Frequenzen des UHF-Bandes zeigt, dann kann der Plattenleiter 152 geeignet
gewählt
werden, damit sich die Induktionsspule 130 zu kapazitiven
Eigenschaften verändern
kann.
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Durch
die obigen Vorkehrungen kann ein induktiver Wert tatsächlich verwendet
werden, um gegenüber
den UHF-Frequenzen mit Leichtigkeit kapazitive Eigenschaften zu
zeigen, obwohl der Wert an sich gegenüber den Frequenzen im UHF-Band
keine kapazitiven Eigenschaften zeigt. Dies bedeutet, dass für die verwendbaren
Induktivitätswerte
eine grössere
Auswahl zur Verfügung
steht.
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Da
die betreffenden Induktionsspulen auf das Muster der Leiterplatte 151 durch
Reflow-Löten
aufgebracht werden, erleichtert die selbstausrichtende Wirkung des
Reflow-Lötens die
Positionierung der betreffenden Induktionsspulen und allgemein ihr
genaues Auflöten
auf im Voraus bestimmte Stellen. So wird die durch den Plattenleiter 152 gebildete,
geringfügige
Induktivität
allgemein zu einem im Voraus bestimmten Wert, so dass die Eigenschwingungsfrequenz
der ersten Induktionsspule stabil sein kann. Im Ergebnis kann die
Fabrikationsqualität
der Anpassungseinheit stabil sein.
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Beispielhafte Ausführungsform 3
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Die
dritte beispielhafte Ausführungsform
wird hiernach unter Bezugnahme auf 11 vorgestellt,
die eine Schnittansicht eines Hochfrequenzempfängers gemäss der dritten beispielhaften
Ausführungsform
zeigt und die in der zweiten Ausführungsform verwendete Anpassungseinheit
nutzt. In 11 ist ein Befestigungsabschnitt 21a,
der am Ende der Antenne 21 eingerichtet ist, starr am Gehäuse 160 des
Hochfrequenzempfängers
montiert. Das Ende 21b der Antenne 21 ist an die
im Gehäuse 160 angeordnete
gedruckte Leiterplatte 161 mit Lot 162 angelötet. Die
Antenne 21 enthält
einen beweglichen Abschnitt 163 zwischen ihrem Hauptteil 21c und
dem Befestigungsabschnitt 21a. Der bewegliche Abschnitt 163 wird
so von einer Welle gehalten, dass er sich um zwei Achsen drehen
kann, nämlich
in den beiden Richtungen A und B. Die Leiterplatte 161 hat
eine Anpassungseinheit 23, ihr Eingangsanschluss ist durch
Lot 162 elektrisch mit der Antenne 21 verbunden.
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Der
oben diskutierte Hochfrequenzempfänger ist in der Lage, eine
optimale Empfindlichkeit zu erreichen, indem die Antenne 21 um
den beweglichen Abschnitt 163 herum bewegt wird, wodurch
der durch die Richtwirkung der Antenne 21 verursachte Verlust
an Empfindlichkeit kompensiert wird. Der bewegliche Abschnitt 163 besitzt
aber einen Kontaktwiderstand, der gegenüber hochfrequenten Signalen
einen geringfügigen
Widerstand hervorbringt. Somit sind Vorkehrungen notwendig, damit
eine Impedanz, die im beweglichen Abschnitt 163 durch den
Kontaktwiderstand hervorgerufen wird, allgemein einer Impedanz der
resistiven Komponente im Schaltkreis der Anpassungseinheit 23 gleich
sein kann. Dann kann eine Anpassung an eine Antenne 21,
die eine geringe Impedanz hat, mit Leichtigkeit erreicht werden.
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Der
Hochfrequenzempfänger
kann kleiner gestaltet werden, wenn die Anpassungseinheit der vorliegenden
Erfindung in einem kleinen Gehäuse
und mit einem vereinfachten Schaltkreis verwendet wird. Die oben
diskutierten Vorkehrungen ermöglichen
es des Weiteren, eine Antenne zu verwenden, deren elektrische Länge genügend weit
unterhalb von λ/4
der Empfangsfrequenz liegt, um die Anpassung mit dem Tuner 25 zu erreichen.
Im Ergebnis kann eine Antenne geringer Grösse zusammen mit der Anpassungseinheit
verwendet werden.
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Für Fachleute
wird es offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen in den oben beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung angebracht werden können. Der Umfang der vorliegenden
Erfindung sollte aber durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine Anpassungseinheit, die die Anpassung
sowohl für
das tiefe VHF-Band als auch für
das hohe VHF-Band durch einfaches Umschalten zwischen zwei Schaltkreisen
des tiefen VHF-Bandes und des hohen VHF-Bandes erzielen kann. Die Anpassungseinheit
zeigt ferner kapazitive Eigenschaften gegenüber dem UHF-Band, so dass sie
Signale der betreffenden Bänder
mit geringen Verlusten durchleiten kann. Im Ergebnis kann die Anpassungseinheit
kleiner gestaltet werden, und wegen ihres einfacheren Schaltkreises
kann ihr Preis verringert werden.
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Durch
Verwendung dieser Anpassungseinheit vor einem Eingangsfilter wie
einem Tuner kann das Eingangsfilter vereinfacht werden, so dass
der Preis des Tuners verringert werden kann und die von der Antenne empfangenen
Signale dem Tuner wirksam zugeführt
werden können.
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Wenn
eine Antenne, deren Länge
genügend
weit unter der Viertelwellenlänge
liegt, zusammen mit der Anpassungseinheit verwendet wird, kann die
Anpassung erzielt werden, so dass eine Antenne geringer Grösse verwendet
werden kann.
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Für Fachleute
wird es offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen in den oben beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung angebracht werden können. Der Umfang der vorliegenden
Erfindung sollte aber durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.