-
Die Verwendung von Satelliten zum Übertragen
von Radioprogrammen zum Empfang in Personenkraftwagen, Lastkraftwagen,
Vans und anderen Trägerfahrzeugen
wurde schon in breitem Umfang zur Realisierung vorgeschlagen (siehe
Report and Order, Federal Communications Commission, GEN Docket
No. 90-357, Ausgabedatum: 18. Januar 1995). Die die Radioprogramme
enthaltenden Übertragungen
von Satelliten erfolgen heute auf Frequenzen zwischen ungefähr 300 MHz
und ungefähr
4000 MHz, was viel höhere
Frequenzen sind als die heute zur Übertragung von Radioprogrammen
verwendeten, wie AM-Übertragung
(mit Amplitudenmodulation) oder FM-Übertragung (mit Frequenzmodulation). In
Bereichen, in denen das Terrain oder künstliche Strukturen gute Sichtbarkeit
des/der Satelliten von den Autos verhindern, kann die Satellitenübertragung
von einem oder mehreren Satelliten und von einem oder mehreren terrestrischen
Repeatern der Satellitenübertragung
sein.
-
Um die Satelliten- und terrestrischen Übertragungen
in den Trägerfahrzeugen
(d. h. Personenkraftwagen, Lastkraftwagen usw.) zu empfangen, benötigt das
Trägerfahrzeug
ein geeignetes Radio. Bis dieser relativ neue Satellitenübertragungsdienst
allgemein in Gebrauch kommt, was mehrere Jahre erfordern wird, ist
es unwahrscheinlich, dass Kraftfahrzeughersteller die Leistungsmerkmale
zum Empfangen derartiger Satelliten/Repeater-Übertragungen in mit Neuwagen
gelieferten Radios bereitstellen werden. Das bedeutet, dass potenzielle
Kunden mit Gebrauchtwagen und mit zukünftigen Autos ab Werk, die
derartige neue Übertragungsdienste
wünschen, ihre
vorhandenen Radios durch neue Radios ersetzen müssen, die die Fähigkeit
zum Empfangen dieser Übertragungen
aufweisen. Das ist kostspielig und zeitraubend, da der Ausbau des
alten Radios und das Installieren des neuen Radios von geschulten Technikern
in einer technischen Einrichtung durchgeführt werden müssen. Diese
Erfindung sieht ein System vor, mit dem ein Empfänger (Receiver) für Übertragungen
von Satelliten/terrestrischen Repeatern von jedermann schnell und leicht
zu vorhandenen Radios in Trägerfahrzeugen
hinzugefügt
werden kann.
-
Die Erfindung ist teilweise mit Erfindungen verwandt,
die mit den in US-Patent-Nr. 5.278.863, erteilt am 11. Januar 1994,
und in US-Patent-Nr. 5.319.673, erteilt am 7. Juni 1994, wobei beide
Patente den Titel „RADIO
FREQUENCY BROADCASTING SYSTEMS AND METHODS USING TWO LOW-COST GEOSYNCHRONOUS
SATELLITES" (Radiofrequenz-Rundfunksysteme
und -verfahren, die zwei preisgünstige
Synchronsatelliten verwenden) haben, US-Patent-Nr. 5.485.485, erteilt am 16. Januar
1996, mit dem Titel „RADIO
FREQUENCY BROADCASTING SYSTEMS AND METHODS USING TWO LOW-COST GEOSYNCHRONOUS SATELLITES
AND HEMISPHERICAL COVERAGE ANTENNAS" (Radiofrequenz-Rundfunksysteme und - verfahren, die zwei
preisgünstige
Synchronsatelliten und Antennen mit hemisphärischer Abstrahlung verwenden)
und US-Patent-Nr.
5.592.471, erteilt am 7. Januar 1997, mit dem Titel „MOBILE
RADIO RECEIVERS USING TIME DIVERSITY TO AVOID SERVICE OUTAGES IN
MULTICHANNEL BROADCRST TRANSMISSION SYSTEMS" (Mobile Radioempfänger, die Zeitdiversity verwenden,
um Dienstausfälle
in Mehrkanal-Rundfunkübertragungssystemen
zu vermeiden) offengelegt und beansprucht werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung in ihren verschiedenen
Aspekten ist in den unabhängigen
Ansprüchen
unten dargelegt, auf die jetzt Bezug zu nehmen ist. Vorteilhafte Merkmale
sind in den anhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
-
Es werden Satellitensysteme realisiert,
die Mehrkanal-Rundfunkprogramme
direkt zu Trägerfahrzeugen übertragen.
Radios in den Trägerfahrzeugen
müssen
modifiziert oder verbessert werden, um derartige Übertragungen
anzunehmen. Die Erfindung erlaubt das Hinzufügen einer Empfängereinheit zu
einem vorhandenen Radio, wobei die Installation von jedem Trägerfahrzeuginhaber
oder -benutzer ohne besondere Ausbildung und ohne Verkabelung oder
Neuverkabelung des Trägerfahrzeugs durchgeführt werden
kann. Das Empfängerverbesserungssystem
hat eine Empfängereinheit,
die in den Schlitz des Kassettenteils oder des CD-Spielers eines
vorhandenen Radios eines Trägerfahrzeugs
gesteckt wird, und eine Antenneneinheit, die auf dem Trägerfahrzeug
montiert wird oder eine vorhandene Zellularantenne ersetzen kann.
-
Das Empfängerverbesserungssystem erlaubt
dem Führer
des Trägerfahrzeugs
(Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Freizeitfahrzeug, Boot, Leichtflugzeug
usw.) das Installieren einer Zusatzausrüstung im vorhandenen Radio
des Trägerfahrzeugs,
mit der es Übertragungen
von Satellitenrundfunksystemen empfangen kann, die im typischen
Fall im Radiofrequenzbereich (Hochfrequenzbereich) von ungefähr 300 MHz
bis ungefähr
4000 MHz und vorzugsweise im Bereich von ungefähr 800 MHz bis ungefähr 4000
MHz betrieben werden sowie den normalen AM- und FM-Übertragungen
bei niedrigeren Radiofrequenzen. Die Übertragungen des Satellitenrundfunksystems
können
von einem oder mehreren Satelliten und/oder von einem oder mehr terrestrischen
Repeatern der Satellitenübertragungen
kommen. Das Verbesserungssystem kann an einem vorhandenen Trägerfahrzeugradio
installiert werden, das ein internes Magnetbandkassettenteil oder
einen internen CD-Spieler aufweist. Die Installation erfordert keine
Verkabelung oder Neuverkabelung von Fahrzeugsubsystemen und kann
von allen Trägerfahrzeugführern vorgenommen
werden, ohne dass eine Schulung erforderlich ist.
-
Die Empfängereinheit hat ein Element,
das in den Magnetbandkassettenschlitz oder den CD-Schlitz eines
vorhandenen Trägerfahrzeugradios einführbar ist.
Von dem einführbaren
Element erstreckt sich ein Verbinder, vorzugsweise ein dünner, kleiner
Zylinder, der sich von dem Schlitz erstreckt und in einer Anzeige
endet, vorzugsweise einer LCD-Anzeige, die Programmdaten wie Kanalnummer,
Musiktyp, Name des Musikstücks,
Komponist usw. anzeigt. Einige dieser Daten können sequentiell angezeigt
werden. Auch einige Bedienelemente, wie der Kanalwähler, können an
der Anzeige montiert sein. Die Größe der Anzeige, ihr Abstand
vom Schlitz und ihre Ausrichtung sind so gewählt, dass der Zugang zu den
meisten Bedienelementen am bereits vorhandenen Radio unbehindert
ist. Das einführbare Element
sieht vorzugsweise wie eine Magnetbandkassette oder eine CD aus.
In der Magnetbandkassettenversion kann der Anzeigeteil an der Verbinderschnittstelle
mit dem einführbaren
Element um 90° gedreht
werden, um sowohl Kassettenspielern mit Fronteinschub als auch Kassettenspielern
mit Seiteneinschub gerecht zu werden.
-
Die Empfängereinheit empfängt Satellitensystem-Rundfunkübertragungen
als eine Weiterübertragung
von der unten beschriebenen Antenneneinheit mit einer umgesetzten
Frequenz über
eine interne Antenne im Rahmen der Anzeige. Hinter der Anzeige sind
ein oder mehr elektronische Chips, die das/die empfangene(n) Signal(e)
verstärken,
demodulieren und steuern sowie Daten und elektronische Ansteuerungen
für die
Anzeige bereitstellen. Alternativ können einige der Chips oder
alle auf oder in dem einführbaren
Element montiert sein. Ein Hauptausgabesignal von den Chips ist
das Audio, entweder Musik oder Sprache, das im Kassettenfall eine
Magnetspule ansteuert, die mit einem vorhandenen Magnetkopf im Bandkassettenspieler
des Trägerfahrzeugs gekoppelt
ist, und im CD-Fall eine optische Vorrichtung ansteuert, die mit
dem vorhandenen Laserleser im CD-Spieler des Trägerfahrzeugs gekoppelt ist.
In beiden Fällen
läuft das
Audiosignal dann durch das Audioverstärkungssubsystem des vorhandenen
Radios zu den vorhandenen Lautsprechern.
-
Die Empfängereinheit wird aktiviert,
wenn die einführbare
Einheit in den Kassetten- oder CD-Schlitz eingeschoben wird, wie
das bei vorhandenen internen Kassetten- oder CD-Spielern in Trägerfahrzeugradios üblich ist.
Energie für
die Empfängereinheit
wird von internem Kontakt mit Anschlusspunkten in den Spielern,
von einem von der Spielerspindel angetriebenen Generator oder von
einem Steckverbinder für
den Zigarettenanzünder
zugeführt.
-
Die Antenneneinheit besteht aus einem
Element, das die Rundfunkübertragungen
des Satellitensystems empfängt,
einem Verstärker,
einem Radiofrequenzumsetzer und einem Element, das das verstärkte Signal
zur Empfängereinheit
weiterstrahlt. Die Antenneneinheit ist vorzugsweise an der Außenseite des
Trägerfahrzeugs
montiert. Bei einem metallenen Auto wird die Montage normalerweise
an der Außenfläche eines
Fensters vorgenommen. Eine Konfiguration wäre eine silberdollargroße Scheibe
zum Empfangen von Satellitensystemübertragungen oben auf einer
heckscheibenmontierten Zellulartelefonantenne. Unter der Scheibe
ist ein kleines kegelförmiges Elektronikgehäuse, dessen
Außenseite
auch für
die Relaisantenne verwendet wird. Diese Konfiguration erlaubt gleichzeitigen
Zellulartelefonbetrieb und Satellitenrundfunkempfang ohne die Notwendigkeit
einer zweiten Trägerfahrzeugantenne.
Energie für
die Antenneneinheit wird von ihrer internen Batterie zugeführt, die
aus Solarzellen oder durch abgestrahlte Energie von der Empfängereinheit
wieder aufgeladen wird.
-
Die bevorzugten Ausgestaltungen empfangen
Mehrprogramm-Audiomaterial
enthaltende Übertragungen
von Satelliten und terrestrischen Repeatern in Fahrzeugen, die Radios
mit Magnetbandkassettenspieler haben. Wie bereits beschrieben, ist die
Erfindung auch in vielen verschiedenen Trägerfahrzeugen und mit Radios
mit CD-Spieler nützlich. Die
meisten Fahrzeuge, z. B. Personenkraftwagen, in den Vereinigten
Staaten enthalten gegenwärtig Radios
mit Magnetbandkassettenspieler.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die Vorrichtung und Verfahren dieser
Erfindung sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verständlich.
Dabei zeigt:
-
1A und 1B eine Prinzipdarstellung einer
Ausgestaltung eines Empfängers, 1A ist eine Seitenansicht
und 1B eine Frontansicht;
-
1C ein
Blockdiagramm einer Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur
Verwendung in der in den 1A und 1B gezeigten Empfängereinheit;
-
2A und 2B zwei Ausgestaltungen von
Antenneneinheiten;
-
2C ein
Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung zur Verwendung in Ausgestaltungen der
in den 2A und 2B gezeigten Antenneneinheiten;
-
3 eine
Ausgestaltung eines Fahrzeugradios mit einem Magnetbandkassettenspieler
und im Besonderen die magnetische Kopplung zwischen einem einführbaren
Element und dem elektromagnetischen Tonabnehmerkopf des Radios und
-
4A und 4B eine Ausgestaltung eines
zur Verwendung in Fahrzeugradios mit einem Compact Disc-Spieler
geeigneten einführbaren
Elements.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSGESTALTUNGEN
-
Die Vorrichtung umfasst zwei Einheiten,
eine Empfängereinheit
und eine Antenneneinheit. 1 zeigt
Empfängereinheit 10. 1A zeigt eine physische
Abbildung, wobei 1A eine
Seitenansicht und 1B eine
Frontansicht ist. Das in den Magnetbandkassetten- oder CD-Teil einführbare Element 11 ähnelt physisch
einer normalen Magnetbandkassette oder CD, außer das bei der Kassettenkonfiguration dort,
wo sich normalerweise der Magnetbandschlitzleser befindet, ein Magnetkopf
angeordnet ist, um den Audioausgang der Empfängereinheit elektromagnetisch
mit dem Magnetkopfleser des vorhandenen Radios zu koppeln. Bei der
CD-Konfiguration befindet sich eine Lichtwellenleiter- oder Lucite-Lichtleiste an
der Unterseite der CD, die radial über der vom Laserleser des
vorhandenen Radios benutzten Spur läuft. Auch kann die Kassettenkonfiguration
an einem Drehpunkt, an dem Verbinder 14 auf das einführbare Element 11 trifft,
um 90° gedreht
werden. Das ermöglicht
die Verwendung von Magnetbandkassettenspielern, bei denen die Kassette
auf der langen Seite eingeschoben wird oder bei denen die Kassette
auf der kurzen Seite eingeschoben wird. Die Frontansicht der Empfängereinheit 10 zeigt
eine typische Anzeige 12 mit drei Bedienknöpfen 13.
Die Größe der Anzeige 12 wird
von der Menge der anzuzeigenden Programminformationen und von der
Notwendigkeit guter Sichtbarkeit vom Fahrer- und vom Beifahrersitz
aus bestimmt. Im typischen Fall würde eine 10 cm × 4 cm große LCD-Anzeige
verwendet. Bedienelemente 13 können an anderer Stelle an der
Anzeige montiert sein und von vielerlei Art sein, darunter berührungsempfindliche
und sprachaktivierte. Die Abmessungen des Verbinders sind so gewählt, dass
der Verbinder und die Anzeige nicht den Zugang zu vorhandenen Radiobedienelementen
oder die umgebenden Bedienelemente auf der Instrumententafel versperren.
-
Ebenfalls abgebildet ist der gefederte
Ansatz 15 am hinteren Ende der Kassette und der CD. Der Ansatz
hält die
Kassette und CD im Radioschlitz, nachdem sie durch Ausüben von
mechanischem Druck gegen die äußere Kassetten-
oder CD-Gehäuselippe
ausgeschoben wurde. Sie können
somit aufbewahrt werden, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Der Trägerfahrzeugführer kann
den Ansatz niederdrücken
und die Empfängereinheit
zur Aufbewahrung an anderer Stelle im Fahrzeug vollständig entnehmen.
-
In bevorzugten Ausgestaltungen enthält die Anzeigeumrandung
eine eingebaute Antenne zum Empfangen der Weiterübertragung von der Antenneneinheit
von 2. Je nach der für die Weiterübertragung
gewählten
Frequenz kann eine Rahmen-, Schmetterlings- oder belastete Dipolantenne
verwendet werden. Desgleichen, wenn zum Betreiben der Antenneneinheit
Energie von der einführbaren Einheit
abgestrahlt wird, dann wird diese Energie auch von anderen in der
Umrandung befindlichen Elementen abgestrahlt.
-
1C zeigt
die elektronische Konfiguration der einführbaren Einheit. Wie bereits
erwähnt,
ist die Antenne in der Umrandung der Anzeige, die Elektronik 16 befindet
sich auf Chips mit integrierten Schaltungen, die hinten in der Anzeige 12 montiert
sind, der magnetische Koppler ist in der Kassette und der Optokoppler
an der Unterseite der CD.
-
1C zeigt
auch das elektronische Blockdiagramm, wobei die Weiterübertragung
von Antenne 20 empfangen, von Verstärker 21 verstärkt und von
Umsetzer 22 und assoziiertem Oszillator 23, falls erforderlich,
auf die Eingangsfrequenz der Demodulatoren 24 und 25 umgesetzt
wird. Wie unten besprochen, kann die Empfangsumsetzung in der Antenneneinheit
erfolgen. 1C zeigt die
Verwendung von zwei Demodulatoren nach Splitter 26, was
für Satellitenradioübertragungssysteme,
die Raum-, Frequenz- oder Zeitdiversity verwenden, typisch ist. Wird
keine Diversity eingesetzt, dann wird nur ein Demodulator verwendet.
Umgekehrt gilt, dass für
Diversity höherer
Ordnung mehr als zwei Demodulatoren verwendet werden können. Auch
ist es möglich,
das ankommende Signal nach der Verstärkung zu digitalisieren und
dann die elektronischen Funktionen durch digitale Signalverarbeitung
(DSP) durchzuführen.
-
Der Ausgang der Demodulatoren in 1C wird an die Demultiplexer 27 und 28 angelegt,
wenn mehrere Programme im Signal zusammengefasst wurden, wie das
normalerweise der Fall ist. Der gewünschte Programmkanal wird dann
durch die Betätigung
eines Bedienelements durch einen Bediener ausgewählt. Als nächstes erfolgt die Signalkombination
an Kombinator 29, im typischen Fall unter Verwendung eines
Höchstverhältniskombinators
oder von Auswahl nach Signalstärke,
gefolgt von der Umwandlung am D/A-Wandler 30 in analog,
wenn das Signal digital ist. Schließlich wird das analoge Programm
im Kassettenfall an den Magnetkoppler 31 oder im CD-Fall
an den optischen Sender (z. B. Laser) angelegt. Die elektromagnetischen
und optischen Aufnehmer im vorhandenen Radio legen das analoge Programm
an die vorhandenen Verstärker und
Lautsprecher im Trägerfahrzeug
an. Demultiplexer 27 und 28 entfernen auch die
Programmdaten (d. h. Kanal, Musiktyp, Komponist usw.) aus dem gewünschten
Programmkanal oder aus einem zusätzlichen
Dienstkanal und senden die Daten zur Anzeige.
-
2A und 2B zeigen zwei Montagekonfigurationen
von Antenneneinheiten 40 und 41 für Kraftfahrzeuge.
Zahlreiche Montagekonfigurationen sind möglich, solange der obere Teil
der Einheit klare Sichtbarkeit zum Himmel hat und für den unteren
Teil der Einheit die Empfängereinheit
sichtbar ist. 2A zeigt
eine kombinierte Zellulartelefon- und Satellitensystem-Antennenanlage.
Die rechte Konfiguration zeigt eine autonome Satellitensystem-Antennenanlage.
In beiden Fällen
besteht die einzige Einbaumaßnahme
darin, die Antenneneinheit an der Heckscheibe des Fahrzeugs anzukleben,
sodass die Spitze der Einheit über
der Dachlinie des Fahrzeugs liegt.
-
Beide Konfigurationen zeigen ein
Band von Solarzellen 42 knapp unter der Satellitensystem-Empfangsantenne 43 zur
Verwendung in Ausgestaltungen, bei denen die Antenneneinheit mit
Batterie 44 betrieben wird und bei denen zum Wiederaufladen
der Batterie 44 Solarzellen 42 verwendet werden.
Unter dem Solarzellenband befindet sich ein Kegelgehäuse 45 für die Elektronik.
Elemente in der Gehäuseoberfläche werden
als eine Antenne zum Weiterstrahlen der von den Satelliten/terrestrischen
Repeatern empfangenen Übertragungen
an die Empfängereinheit
verwendet.
-
2C zeigt
die Elektronikkonfiguration der Antenneneinheit. Die Übertragungen
von den Satelliten und terrestrischen Repeatern werden von der Satellitensystem-Empfangsantenne 43 z.
B. eine kreisförmige
Patch- oder planare Gruppenantennenscheibe, empfangen und an den
Radiofrequenzverstärker 46 gefolgt
vom Frequenzumsetzer 47 mit assoziiertem Oszillator 48 angelegt,
der die Frequenz auf die für
die Weiterstrahlung von der Antenneneinheit zur Empfängereinheit
gewählte
umsetzt. Das Signal wird über
Filter 50 von der in das kegelförmige Elektronikgehäuse eingebauten
Relaisantenne 49 an die Empfängereinheit gesendet. Der Antennentyp
hängt von der
für die
Weiterstrahlung gewählten
Frequenz ab. Einige nützliche
Typen sind Schlitzantennen, Wendelantennen und belastete Dipolantennen.
-
Die Antenneneinheit wird vorzugsweise
mit einem mit der Einheit mitgelieferten Klebstoff an der Heckscheibe
eines Autos angebracht. Der Klebstoff wird zwischen der Scheibenaußenseite
und einer kleinen Kunststoffmontageplatte 51 (siehe 2A und 2B) am unteren Ende der Antenneneinheit
aufgetragen. Die anfängliche
Haftverbindung erfolgt innerhalb einer Minute und die endgültige Haftverbindung
tritt mehrere Minuten danach ein. Die Montage ist dergestalt, dass
sich wenigstens das obere Ende der Antenneneinheit, das die Satellitenempfangsantenne
enthält, über dem
Metalldach des Autos befindet. Die 2A und 2B zeigen die Befestigung
des Arms der Antenneneinheit mit Drehpunkt 52 an der Montageplatte.
Dies erlaubt die Abwärtsdrehung
der Antenneneinheit, sodass sie während Autowäschen am Fenster anliegt oder
durch Druck auf die Drehgelenklaschen abgenommen werden kann. Alternativ kann
eine feste Halterung verwendet werden. Andere bereits erwähnte Ausgestaltungen
sind die Kombination des Arms der Antenneneinheit mit einer Zellular-Autoantenne,
die normalerweise in einer ähnlichen
Position an der Heckscheibe eines Autos montiert wird.
-
Der Benutzer schaltet die Antenneneinheit ein,
indem er eine Batterie in den Elektronikgehäusekegel (siehe 2) einlegt oder durch einen
standardmäßigen Ein-Aus-Schalter,
wenn eine bereits installierte Batterie verwendet wird. Die Batterie
wird durch Solarzellen, die in der Nähe des oberen Randes des Elektronikgehäusekegels
montiert sind, periodisch wiederaufgeladen. Da die von der Elektronik der Antenneneinheit
benötigte
elektrische Energie sehr gering ist, kann alternativ Energie mit
Frequenzen wie in den ISM-(industriellen,
wissenschaftlichen und medizinischen)-Radiofrequenzbereichen verwendeten von
der Empfängereinheit
zur Antenneneinheit gestrahlt werden. Die ISM-Frequenz-Übertragung von der Empfängereinheit
wird von in die Wandung von Elektronikgehäusekegel 45 der Antenneneinheit
eingebauten Elementen empfangen, das Signal wird zu einem Gleichrichter
geleitet und die resultierende Energie vom Verstärker und Sende-/Empfangsfrequenzumsetzer
der Antenneneinheit benutzt.
-
Die Antenneneinheit empfängt die Übertragungen
von dem/den Satellit(en) und von terrestrischen Repeatern des Satellitensignals.
Die in 2 gezeigte Satellitensystem-Empfangsantenne ist
eine scheibenförmige
planare Gruppe, die für
eine ungefähr
hemisphärische
Bedeckung mit typischerweise 2–4
dBi Gewinn durch die Elevationswinkel von ungefähr 20° bis ungefähr 60° über alle Azimuthwinkel sorgt.
Der Ausgang dieser Antenne ist mit einem Miniatur-MMIC-Radiofrequenzverstärker (MMIC:
monolithische integrierte Mikrowellenschaltung) verbunden. Derartige
Funkverstärker
ergeben rauscharmen Empfang (typisches Rauschmaß 0,3 dB), wobei sie einen
Flächeninhalt
von weniger als 4 × 8
mm2 benutzen. Der Ausgang des Verstärkers wird
an einen Frequenzumsetzer gesendet, der die Radiofrequenz der empfangenen Übertragungen
von Satelliten/terrestrischen Repeatern von der verwendeten (z.
B. ungefähr
300–4000
MHz), vorzugsweise ungefähr
2332 MHz, auf die zur Verwendung beim Senden der Übertragungen
von der Antenneneinheit zur Empfängereinheit
erwünschte
Frequenz ändert.
Die zum Senden gewählte
Radiofrequenz kann mit dem Sende-/Empfangsfrequenzumsetzer auf jedes
gewünschte
Band zwischen ungefähr
40 und 4000 MHz gesetzt werden. Für die bevorzugte Ausgestaltung sind
150 MHz illustriert, da der Frequenzbereich 100–500 MHz oft die Notwendigkeit
eines Frequenzumsetzers in der Empfängereinheit eliminiert. Die Ausgangsleistung
vom Frequenzumsetzer in der Antenneneinheit wird von Elementen,
die im Gehäuse des
Elektronikkegels und für
längere
Wellenlängen
in der Oberfläche
des Arms eingebettet sind, zur Empfängereinheit abgestrahlt. Die
Wellenlänge
bei 150 MHz beträgt
zwei Meter und ein geeigneter Strahler ist ein belasteter gefalteter
Viertelwellen-Dipol. Davon ausgehend, dass der Trennungsabstand
der Antenneneinheit und der Empfängereinheit
höchstens
4 m beträgt,
haben der Strahler und die Empfangsantenne jeweils einen Gewinn
von nur jeweils 3 dBi (insgesamt 6 dBi), die Beugungsdämpfung und
Reflexionsverluste betragen 8 dB, die gesamte Rauschtemperatur des
Empfängereinheitssystems
beträgt
400° Kelvin
und die zulässige
Verschlechterung der Satelliten-/Repeater-Übertragung durch Weiterübertragung
zwischen der Antenneneinheit und der Empfängereinheit beträgt 0,1 dB,
die vom Frequenzumsetzer in der Antenneneinheit benötigte Radiofrequenzleistung
kann als – 78,3
dBW (weniger als ein Mikrowatt) berechnet werden. Folglich kann
die elektrische Energie für
eine lange Zeitdauer von einer internen Batterie geliefert werden.
Diese Dauer kann durch die Verwendung eines Rings von Solarzellen,
die um den Umfang nahe am oberen Ende der Antenneneinheit herum
montiert sind, verlängert
werden. Die Solarzellen laden die Batterie wieder auf, wenn sie
Sonnenlicht ausgesetzt werden. Die Antenneneinheit kann auch durch
Strahlung von der Empfängereinheit,
wie bereits beschrieben, betrieben werden, da ihr Bedarf an elektrischer
Energie klein ist.
-
3 zeigt
eine Empfängereinheit
mit einem einführbaren
Element, die für
Fahrzeugradios mit einem Magnetbandkassettenteil geeignet ist. Empfängereinheiten
für einen
Kassettenspieler wurden in US-Patent Nr. 5.444.675, erteilt am 22.
August 1995, und in US-Patent Nr. 4.734.897, erteilt am 29. März 1988,
offengelegt. 3 ist aus
dem Patent Nr. 4.734.897, bei dem elektrischer Leiter 242 in
die Anschlussfläche
eingebunden ist. 3 zeigt
auch magnetische Kupplungsspule 240 in einer Kassette,
die das Audiosignal mit einem elektromagnetischen Tonaufnehmerkopf 250 in
einem vorhandenen Fahrzeugradio koppelt.
-
Die 4A und 4B zeigen eine Draufsicht und
einen Seitenaufriss mit einer Empfängereinheit mit einführbarem
Element 300, das zur Verwendung in Fahrzeugradios mit einem
CD-Spieler geeignet ist. Die obere Abbildung ist die Unterseite
des Elements, auf der der optische Sender 301 (z. B. ein
Laser) und radiale Lichtleiste 302, die in die CD-Oberfläche eingebettet
sind, zu sehen sind. Die untere Abbildung ist eine Seitenansicht
des einführbaren
Elements, die den von der Spindel des CD-Spielers betriebenen elektrischen
Generator 303 zeigt. Die Anbringung am Verbinder und der
Ausschubhalteansatz sind in 1 abgebildet.
-
Die Empfängereinheit wird in den Kassettenspielerteil
eines vorhandenen Fahrzeugradios eingelegt. Der Bediener bestimmt
zunächst,
ob das Fahrzeugradio einen Kassettenspieler mit Front- oder Seiteneinschub
hat und dreht den Verbinder am einführbaren Element so, dass die
Anzeige parallel zum Armaturenbrett ist. Das Drehgelenk für diese
Drehung hat zwei Arretierungen zum Feststellen in einer gewünschten
Winkellage. Da das einführbare
Element der Empfängereinheit
die Form einer Kassette hat, schaltet das Einschieben der Kassette
in den Kassettenspieler automatisch die Stromversorgung des Radios
ein und aktiviert die Elektronik und den Spindelmotor des Kassettenspielers.
In den wenigen Kassettenradiomodellen, bei denen das Einschieben der
Kassette nicht automatisch die Stromversorgung einschaltet oder
bei denen zuerst die Kassettenwiedergabetaste (Play) gedrückt werden
muss, führt
der Fahrzeugführer
anfänglich
diese Funktionen aus.
-
Die Aktivierung der Empfängereinheit
bewirkt, dass die Anzeige Daten über
einen vorprogrammierten Audiokanal oder über den Kanal anzeigt, dem
der Bediener zugehört
hatte. Die Anzeige gibt die Kanalnummer, den Audiotyp und einschlägige beschreibende
Informationen an. Gleichzeitig läuft
das Audioprogramm über
das vorhandene Fahrzeugradio-Sound- Subsystem. Der Bediener kann Drucktasten
an der Anzeige der Empfängereinheit
für andere
Funktionen, wie das Wechseln des Kanals zu einem anderen Programm,
benutzen.
-
Elektronisch werden Weiterübertragungen der
Satelliten und terrestrischen Repeater von der Antenneneinheit mit
der illustrierten 150 MHz-Radiofrequenz von der Antenne der Empfängereinheit empfangen.
Die Antenne ist eine in der Umrandung der Anzeige eingebettete modifizierte
Rahmenantenne, es könnten
aber auch mehrere andere bereits erwähnte Typen verwendet werden.
Die Antenne speist die Elektronik bestehend aus ein bis drei Chips
[d. h. diese integrierten Schaltungen können unter Verwendung von VLSI-(Größtintegration)-Technik
ggf. kosteneffektiv kombiniert werden.]. Die Chips enthalten einen
Radiofrequenzverstärker,
der von der Antenne gespeist wird und in diesem Fall mit 150 MHz
arbeitet. Da die Frequenzumsetzung der Übertragungen auf die Betriebsfrequenz
der Demodulatoren (die 150 MHz beträgt) der Empfängereinheit
in dieser Ausgestaltung in der Antenneneinheit erzielt wurde, ist
keine weitere Frequenzumsetzung erforderlich und der Radiofrequenzverstärkerausgang
wird halbiert. Die resultierenden Signale steuern die zwei in 1C gezeigten Demodulatoren
an. Die bevorzugte Ausgestaltung verwendet Zweikanaldiversity und
die demodulierten Signale werden dann an die Demultiplexer gesendet.
-
Die Demultiplexer wählen den
vom Bediener ausgewählten
Programmkanal aus den verfügbaren Kanälen aus.
Angenommen, dass sowohl Raum- als auch Zeitdiversity angewendet
werden, weist einer der Demultiplexerausgänge auch einen Puffer auf, wie
in 1C gezeigt, zum Verzögern eines
der empfangenen Signale um den in das System eingeplanten Zeitdiversitybetrag.
Der Demultiplexer entfernt auch die Programminformationen aus dem
ausgewählten
Programmkanal, wie die Kanalnummer, den Programmtyp, den Künstler usw.
und sendet diese an die Anzeige. Alternativ können diese Daten von einem
derartigen Informationen gewidmeten Dienstkanal bereitgestellt werden.
-
Die Ausgänge der Demultiplexer werden durch
automatische Einstellung von Puffern mit kurzer Verzögerung,
wenn Interleaving verwendet wird, oder Puffern mit langer Verzögerung,
wenn Zeitdiversity einsetzt wird, miteinander in Phase gebracht.
Die Ausgänge
werden dann mit Hilfe eines Maximalverhältniskombinators summiert oder
alternativ wird das stärkere
Signal ausgewählt.
Zwar sind die Übertragungen
in bevorzugten Ausgestaltungen digital, analoge Übertragungen sind aber realisierbar.
Bei digitalen Übertragungen
wird der Programmkanalausgang vom Kombinator/Wähler an einen D/A-Wandler gelegt.
-
Das Analogsignal wird verstärkt und
von der Rückseite
der Anzeige durch die Verbinderoberfläche zur Kassette des einführbaren
Elements gesendet, wo es eine Magnetspule ansteuert, die sich dort befindet,
wo normalerweise der Magnetbandkassettenschlitz gegenüber dem
elektromagnetischen Tonaufnehmerkopf im Kassettenteil des Fahrzeugradios ist.
Die Magnetspule ist in Ansteuerungs- und Frequenzbetonung konfiguriert,
sodass das vom Tonaufnehmerkopf erzeugte resultierende Audiosignal
hohe Wiedergabetreue hat. Der elektromagnetische Tonaufnehmerkopf
speist die bestehenden Audioverstärker und Lautsprecher in der
Radioanlage des Fahrzeugs, sodass der Bediener das ausgewählte Programm
hört.
-
Bei vielen Magnetbandkassettenspielern
in Fahrzeugen muss der Bediener die Empfängereinheit ausschieben, wenn
AM/FM-Radioempfang
gewünscht
wird. Dies wird durch Drücken
der Auswurftaste am vorhandenen Radio erzielt. Die Empfängereinheit
verlässt
den Kassettenteilschlitz nicht vollständig, da ein gefederter Ansatz
gegen den Rand der Schlitzlippe presst. Vollständiges Entnehmen, wenn es aus
Gründen
wie z. B. der Aufbewahrung gewünscht
wird, wird vom Bediener durch Niederdrücken des Ansatzes und völligem Herausziehen
der Empfängereinheit
erreicht.
-
Die bevorzugte Ausgestaltung versorgt
die Empfängereinheit
mit Strom, indem sie einen im einführbaren Element befindlichen
Miniaturgenerator betreibt, der durch die Drehung der vorhandenen Kassettenspindel
angetrieben wird. Dies kann durch einen direkten oder einen Zahnradantrieb
zwischen der Spindel und dem Generatoranker oder durch einen Ketten-
oder Riemenantrieb zwischen ihnen erreicht werden. Es ist auch eine
Batterie vorhanden, sodass die Empfängereinheit ihren Betrieb sofort
beginnt, und die Batterie wird vom Generator wiederaufgeladen.