EP1199771B1

EP1199771B1 - Antenne

Info

Publication number: EP1199771B1
Application number: EP01122686A
Authority: EP
Inventors: Javier Pazos Losada; Jesus Ricart Fernandez; Ramon Maria Lois Santos
Original assignee: Televes SA
Current assignee: Televes SA
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-29
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: ES2287059T3; EP1199771A3; ATE360270T1; PT1199771E; DK1199771T3; DE50112365D1; CY1106729T1; EP1199771A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, insbesondere zum Empfang von Fernseh-, Radio- und/oder Datensignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind bereits verschiedene Antennentypen, wie zum Beispiel aus dem spanischen Gebrauchsmuster Nr. 9002915, bekannt. Die gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Antennen sind für den Empfang von analogen Signalen entwickelt worden. Für das digitale Fernsehen werden Antennen mit größeren Antennengewinnwerten benötigt.
WO 98 43417 A offenbart eine Antenne, insbesondere zum Empfang von Fernseh- und Radiosignalen, mit einem "Balun Transformer" und einem Verstärker, der zu dem Balun Transformer in Serie schaltbar bzw. geschaltet ist. Der Verstärker lässt sich zwischen die Antenne und einem Empfangsgerät in Serie zu dem "Balun Transformer" zu schalten, alternativ hierzu kann der "Balun Transfomer" ohne Zwischenschaltung des Verstärkers unmittelbar an das Empfangsgerät geschaltet werden. Diese Wirksamschaltung des Verstärkes bzw. dessen Abschaltung erfolgt durch manuelle Betätigung eines Betätigungselements eines Schalters.
US 3 992 669 A offenbart eine Schaltung mit einem Verstärker. Bei Ausfall der Versorgungsspannung des Verstärkers ist ein Signal-Bypass-Pfad vorgesehen.
US 5 418 490 A offenbart ein System mit einem ersten Vorververstärker, einem zweiten Vorverstärker ("Back up - Vorverstärker") sowie einem Bypass-Kabel. Bei Störung des ersten Vorverstärkers wird der zweite Vorverstärker aktiviert; bei Störung des zweiten Vorverstärkers wird das Bypass-Kabel aktiviert. Die Aktivierung des zweiten Vorverstärkers bzw. des Bypass-Kabels erfolgt unter anderem mittels Relay-Schalter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne zu schaffen, die den Erfordernissen des digitalen Fernsehens entspricht
Diese Aufgabe wird mit der in den Patentansprüchen definierten Antenne gelöst.
Die Erfindung weist eine Mehrzahl von Vorteilen auf.
Die Antenne ist erfindungsgemäß in der Weise ausgestaltet, dass eine zugeordnete Impedanzadapterschaltung und eine zugeordnete, in Serie geschaltete Verstärkungsschaltung eine schaltungstechnische Einheit bilden. Die Verstärkungsschaltung weist eine Verstärkungsstufe und eine Durchgangsschaltung auf, die zu der Verstärkungsstufe parallel geschaltet und mit dieser verbunden ist. Die Impedanzadapterschaltung und die Verstärkungsschaltung bilden weiterhin in der Weise eine schaltungstechnische Einheit, dass im Fall eines Ausfalls der Verstärkungsstufe und/oder im Fall des Nicht-Anschlusses der schaltungstechnischen Einheit an eine Speisequelle der Betrieb der schaltungstechnischen Einheit dem Betrieb der Impedanzadapterschaltung entspricht.
Die erfindungsgemäße Antenne ist damit selbst nach einem Ausfall der Verstärkerschaltung nutzbar; die erfindungsgemäße Antenne entspricht in diesem Betriebsfall einer Antenne, der keine Verstärkungsschaltung zugeordnet ist.
Die Impedanzadapterschaltung und die Verstärkungsschaltung sind miteinander verbunden und vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse an der Antenne angeordnet und abgeschirmt ist. Damit wird der geometrische Abstand zwischen der eigentlichen Antenne und den genannten Schaltungen (Impedanzadapterschaltung, Verstärkungsschaltung) minimiert und die Verarbeitung der von der Antenne empfangenen Signale bzw. der Antennengewinn optimiert. Die Signale werden verstärkt, ohne dass die Rauschzahl verschlechtert wird. Die erfindungsgemäße Antenne ist damit auch in Zonen vergleichsweise schwachen Empfangs nutzbar. Insbesondere ist das Gehäuse gegen mögliche Störsignale abgeschirmt.
Zugleich wird eine kompakte, mechanisch einfache Ausgestaltung der Schaltungstechnik erzielt, so dass sich die Einheit in einfacher Weise an der Antenne anordnen lässt bzw. in diese integrieren lässt.
Die Speisequelle ist insbesondere durch ein Solarzellensystem gebildet. Neben dem ökologischen Vorteil dieser Lösung besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Antenne damit ohne eine externe Speisequelle betrieben werden kann, die zudem über eine Zuleitung mit der Verstärkungsschaltung zu verbinden wäre.
Dieses Gehäuse weist vorzugsweise einen Steckverbinder auf für einen direkten oder indirekten Anschluss an ein Empfangsgerät für Fernsehen, Rundfunk und/oder Daten. Insbesondere sind das Gehäuse und der Steckverbinder einstückig ausgebildet. Mit diesen Ausgestaltungen wird eine bessere Anpassung zwischen der Antenne einerseits und den Empfangsgeräten andererseits erzielt; Reflexionseffekte auf die Signale werden praktisch ausgeschlossen.
Die Erfindung wird anhand eines nichtbeschränkenden Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antenne und der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt

Figur 1: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Antenne,
Figur 2: eine perspektivische Ansicht des Radoms der erfindungsgemäßen Antenne,
Figur 3: den Dipol der erfindungsgemäßen Antenne,
Figur 4: das Gehäuse und das Stützteil dieses Gehäuses der erfindungsgemäßen Antenne, und
Figur 5: ein Schaltbild der Impedanzadapter- und der Verstärkungsschaltung der erfindungsgemäßen Antenne.

Figur 1 zeigt die Antenne mit einem Gerüst, das durch drei Tragstangen, eine Haupt-Zentralstange 1 und zwei Hilfsstangen 2 und 3 geringerer Länge, die jeweils an einer Seite der Zentralstange 1 liegen, gebildet ist. Die drei Stangen sind koplanar, wobei die Hilfsstangen 2 und 3 leicht schräg und symmetrisch zur Zentralstange 1 auseinanderlaufen.
Die drei Stangen bestehen aus Rohrprofilen, vorzugsweise aus Aluminium. Die Stangen 2 und 3 sind; die drei Stangen 1, 2, 3 sind am hinteren Ende Antenne bündig ausgerichtet, wobei die drei Stangen zum hinteren Ende der Ende auseinanderlaufend angeordnet sind. Die drei Stangen 1, 2 und 3 sind in ein Hinterradom 4 eingeführt. Die Zentralstange 1 ist in das Hinterradom 4 eingeführt, wobei an einem daran anschließenden Stangenabschnitt eine Stütze 5 montiert ist, auf welcher der Reflektor 6 befestigt ist.
Die Stangen 1,2 und 3 verfügen über eine Anzahl gleicher Stäbe 7, die längs der Struktur in senkrechter Richtung zu den Stangen montiert sind. Diese Stäbe 7 stellen die Direktorelemente der Antenne dar.
Die Stangen 1,2 und 3 sind in dem Hinterradom 4 und in dem Vorderradom 8 gelagert.
Der Reflektor 6 besteht aus zwei Paneelen 9 und 10, die Element-Stäbe 11 aufweisen. Die Paneele sind in einem Stützelement 5 jeweils in einer Schrägstellung bezüglich der Zentralstange 1 gelagert. Die Element-Stäbe 11 werden an ihren Enden von Halteelemente 12 gehalten.
Im Hinterradom 4 sind der Dipol 13 und ein inneres Gehäuse (Anschlusskasten) 14 angeordnet, das die Impedanzadapterschaltung 15 und die Verstärkungsschaltung 16 (Figur 5) aufnimmt (Fig.4).
Die Antenne wird an einem vertikalen Mast 17 mittels einer Hilfsschelle 18 an dem freien Ende der Zentralstange 1 befestigt.
Figur 2 zeigt, dass das Hinterradom 4 umlaufende symmetrische Deckel 41 und 42 in Trapezform aufweist, welche die Stangen 1,2 und 3 der Antennenstruktur aufnehmen. Die Stangen 1,2 und 3 werden im vorderen Bereich in Öffnungen 45 gehalten, während die Stange 1 im hinteren Bereich in der Öffnung 46 gehalten wird. Die Deckel 41 und 42 werden mittels Schrauben, die in Durchlasslöcher 43 greifen, miteinander verbunden. Diese Deckel 41,42 besitzen weiterhin Öffnungen 44, welche die Stäbe 7 aufnehmen, die zu den Abschnitten der Stäbe 1,2 und 3 (Fig.1) gehören.
Das Hinterradom 4 weist eine Aussparung 47 im unteren Bereich auf, worin der Dipol 13 und das Gehäuse 14 sitzt. Für die Verankerung des Stützteils 19 (Fig.4) des Gehäuses 14 sind Fensterpfade 48 vorgesehen.
Schließlich verfügt das Hinterradom 4 über längsverlaufende Öffnungspfade 49 zum Einfügen des Dipols 13.
Figur 3 zeigt im Detail den Dipol 13 der Antenne, der sich aus zwei Teilen 131 in U-Form zusammensetzt, die auf ihrer Breitseite Falten 134 aufweisen. Dies ermöglicht es, die Strahlungsoberfläche des Dipols zu vergrößern, wodurch verbesserte Gewinneigenschaften der Antenne erzielt werden.
Die Teile 131 weisen an ihrer Basis jeweils eine Flosse 132 in L-Form auf, wobei die Basis jeweils ein Faltteil aufweist, in dem sich jeweils eine Öffnung 133 zum Verbinden des Dipols befindet.
Der Dipol kann in mehr als einer Ebene ausgebildet sein. Damit wird die Oberfläche des Dipols vergrößert, ohne die Länge des Dipols zu vergrößern; Frequenzabstimmwerte der Antenne werden beibehalten.
Der Dipol kann auch mit einem ebenen Profil ausgestaltet sein, was ein Erweitern der Antennenbandbreite erlaubt.
Figur 4 zeigt das Gehäuse 14, das aus einem rechtwinkligen Körper (Basis)141 und einem Deckel 142 besteht, wobei Basis und Deckel mittels Gewindeschrauben verschlossen werden, die durch Aussparungen 144 des Deckels geführt und in Öffnungen 143 der Basis eingeführt werden. Die Basis hat in ihrem Innenraum Bolzen 145, auf die eine Leiterplatte mit einer elektronischen Schaltung, insbesondere mit der Verstärkungsschaltung 16 und der Impedanzanpassungsschaltung aufgesetzt wird.
Das Gehäuse 14 nimmt die Impedanzadapterschaltung 15 und die Verstärkungsschaltung 16 auf; das Gehäuse 14 ist unmittelbar an der Antenne angeordnet bzw. in diese integriert. Es besteht aus elektrisch leitendem Material und ist mit Masse verbunden.
Die Basis 141 des Gehäuses 14 weist in einer seiner Seitenwände einen Steckverbinder (Buchse) 21 für einen direkten oder indirekten Anschluss an einen Fernseh-, Radio- und/oder Datensignalempfänger auf. Der Verbinder 21 und das Gehäuse 4 sind einstückig ausgebildet. Damit wird eine vergleichsweise gute elektrische Anpassung zwischen den Empfangsgeräten und der Antenne, mögliche Störsignale werden in ihrer Wirkung begrenzt.
Die Basis des Gehäuses 14 weist zwei Öffnungen 146 auf, durch die Zapfen 191 geführt sind, die zur Stütze 19 des Gehäuses gehören. Diese Zapfen 191 haben Innenöffnungen, in denen Schrauben angeordnet sind, die die elektrische Verbindung zwischen dem Dipol 13 und der Verstärkungsschaltung 16, der in dem Gehäuse 14 angeordnet ist, herstellen.
Ausgehend von der ebenen Basis 192 steigen vertikal paarweise Wände 193 und 194 auf, die in Klammerzähnen 195 und 196 enden. Diese greifen in die Zentralstange 1 bzw. in die Fenster 48 des Hinterradoms 4 (Fig. 2) ein, und bilden einen Sitz bilden für die Einheit, die durch den Dipol 13, das Gehäuse 14 und die Stütze 19 des Gehäuses im Innern der Aussparung 47 (Fig. 2) des Hinterradoms 4 gebildet ist.
Figur 5 zeigt das Schaltbild des Anpassschaltung 15 und der elektrischen Verstärkungsschaltung 16.
Die Anpass-Schaltung 15 ist mittels der gedruckten Leitung J1 gebildet.
Die elektrische Verstärkungsschaltung 16 ist wie folgt ausgestaltet. Sie weist ein erstes Filter, das heißt ein Hochpassfilter auf, das durch die Kondensatoren C1, C2 und C6, die Diode D3 und die Spule CH2 gebildet ist. Weiterhin weist sie eine Verstärkungsstufe auf, die aus dem Transistor T1 und seinem Polarisierkreis, bestehend aus den Widerständen R1, R2, R3, R4 und R6, den Kondensatoren C3 und C4, und den Spulen L1 und CH1 gebildet ist. Weiterhin weit die Schaltung 16 eine Ausgangsstufe auf, die aus den Kondensatoren C5, C11, C8 und den Spulen CH3 und CH5 gebildet ist.
Die elektrische Verstärkungsschaltung 16 weist elektrische Schaltwege auf, eine Durchgangsschaltung und eine Schutzschaltung auf.
Die Durchgangsschaltung wird durch die Kondensatoren C7, C9 und C14, durch die Dioden D1 und D2, die Kapazitätsdiode (Varicap) D5, die Widerstände R5 und R8 und durch eine gedruckte Leitung J2 gebildet. Diese Durchgangsschaltung gestattet den Durchlaß des Signals, sobald der Verstärkungsstufe keine Stromspeisung zugeführt wird.
Die Schutzschaltung umfasst eine Diode D4 und einen Widerstand R9. Diese Schutzschaltung führt das Signal zum Ausgang, das die Durchgangsschaltung (C7, C9, C14, D1, D2, D5, R5, R8, J2) durchläuft, wenn die Verstärkungsstufe keine Stromspeisung hat, was vermeidet, dass dieses Signal zum Polarisierkreis des Transistors T1 abgeleitet wird.
Die Verstärkungsstufe wird über den Ausgangssteckverbinder der Antenne (21 in Figur 4, entsprechend der galvanischen Verbindung RF_OUT+Vcc in Figur 5) gespeist, und zwar mittels eines Koaxialkabels, das die Antenne mit den übrigen Einrichtungen des Systems verbindet. Die Speisespannung kann von Kopfeinheiten, die auf dem Markt verfügbar sind und bereits hierfür ausgelegt sind, oder über das Koxialkabel zugeführt werden.
Der Verstärkungsschaltung 16 ist in der unmittelbaren Nähe des Impedanzadapterschaltung 15 angeordnet (kein geometrischer Abstand zwischen 16 und 15, bzw. 0 Millimeter).
Der Impedanzadapterschaltung 15 und der Verstärkungsschaltung 16 bilden eine schaltungstechnische Einheit, wobei der Betrieb der Einheit im Falle eines Ausfalls der Verstärkungsschaltung 16 (Ausfall mindestens einer Schaltungskomponente; keine Versorgungsspannung) dem Betrieb der Impedanzadapterschaltung 15 entspricht.
Die oben beschriebene Positionierung eines Verstärkers an der Antenne ist an sich mit dem Nachteil verbunden, dass der Verstärker Witterungseinflüssen ausgesetzt ist, die zu einer Funktionseinschränkung bzw. zu einer Zerstörung des Verstärkers führen können. So kann beispielsweise Regen, der in das Verstärkergehäuse eindringt, Kurzschlüsse und eine Zerstörung von Schaltungskomponenten bewirken. Ein weiteres Beispiel ist eine elektrische Entladung, die eine Überspannung in der Verstärkungsschaltung und ein Verbrennen von Schaltungskomponenten bewirkt.
In der Verstärkungsschaltung gemäß Figur 5 wird die Wahrscheinlichkeit hierfür durch die Schutzschaltung reduziert, die aus den Kondensatoren C1 und C2, aus der Spule CH2 und aus der Diode D3 besteht. Diese sind in der Weise ausgestaltet, dass Überspannungen absorbiert werden, die durch eine mögliche Strahlung bewirkt werden können, die die Antenne erreichen. Die Komponenten, die vergleichsweise stark gefährdet sind, sind Halbleiterkomponenten, hier der Transistor T1, die Dioden D1, D2, D4 und die Varicapdiode D5. Der Ausfall des Transistors T1 würde zum Ausfall der Verstärkerschaltung führen. Der Ausfall der Diode D4 würde an sich dazu führen, dass die Verstärkerschaltung weiter arbeitet, aber auch dazu, dass sie vom Ausgang der Schaltung getrennt wird, was im Ergebnis die Nichtverfügbarkeit des Verstärkers bedeutet. Der Ausfall der beiden Dioden D1 und D2 würde dazu führen, dass der Verstärker in einen Schwingungszustand versetzt wird. Der Ausfall der Varicapdiode D5 würde den Betrieb des Verstärkers nicht beeinflussen. Während üblicherweise der Ausfall einer Schaltungskomponente des Verstärkers die Antenne außer Funktion setzt und erfordert, dass die Antenne bzw. die Schaltung ersetzt wird, ist die erfindungsgemäße Schaltung in der Weise ausgestaltet, dass bei Ausfall des Verstärkers die Antenne als konventionelle Antenne weiter genutzt werden kann; die Adapterschaltung bleibt weiter mit dem Ausgangssteckverbinder über die Leitung J2 und über die Anordnung von C14 und Diode D5 verbunden. Es ist bei Bedarf nur die Speisespannungsquelle zu deaktivieren.
Die schaltungstechnische Einheit, bestehend aus den Schaltungen 15 und 16, fungiert im Normalbetrieb, wenn sie mit der entsprechenden Spannung versorgt wird, als Impedanzanpassungs- und als Verstärkungsschaltung. Dabei verringert sich die Kapazität von D5, wenn die Spannung eingangsseitig erhöht wird. D1 und D2 werden leitend. Damit wird unterbunden, dass ein Signal über J2 geführt wird, da C14 zusammen mit D5 eine große Impedanz bilden, während das Restsignal über C9 und C7 an Masse geführt wird. Insgesamt wird erreicht, dass das von der Antenne empfangene Signal über die Verstärkerstufe geführt wird. Ein Schwingungszustand wird vermieden. Schließlich vermöglicht die Diode D4, wenn sie gespeist wird, dass das Signal des Verstärkers zu dem Ausgang geführt wird.
Die schaltungstechnische Einheit, bestehend aus den Schaltungen 15 und 16, fungiert, wenn sie nicht mit der entsprechenden Spannung versorgt wird, als Impedanzanpassungsschaltung. In diesem Fall gelangt das Signal von J1 zum Ausgang und zwar über J2 und die Anordnung von J14 und D5, die eine große Kapazität aufweist, wenn der Einheit keine Spannung zugeführt wird. Die Dioden D1 und D2 verhindern, dass das Signal über C9 bzw. C7 abgeleitet wird; die Diode D14 übt dieselbe Funktion hinsichtlich des Kollektors des Transistors T1 und der Elemente CH1, R3, C4, R4, R6 und C8. Die Elemente L1, R1 und C3 verhindern den Verlust des Signals über den Eingang des Verstärkers.

Bezugszeichen

1: Haupt-Zentralstange
2: Hilfsstange
3: Hilfsstange
4: Hinterradom
5: Reflektorstütze
6: Reflektor
7: Element-Stäbe
8: Vorderradom
9: Paneel-Reflektor
10: Paneel-Reflektor
11: Element-Stäbe
12: Kanten
13: Dipol
14: Gehäuse
15: Impedanzadapterschaltung
16: Verstärkungsschaltung
17: Vertikalmast
18: Hilfsverschluss
19: Stützteil
21: (Steck-)Verbinder
41: Erste Abdeckung des Hinterradoms
42: Zweite Abdeckung des Hinterradoms
43: Durchgangsöffnungen
44: Öffnungen
45: Öffnungen
46: Öffnung
47: Hohlraum
48: Fenster
49: Längsseitige Öffnungen
131: U-förmige Teile
132: Flosse
133: Bohrloch
134: Falte
141: rechtwinkliger Körper oder Basis
142: Deckel
143: Öffnungen
144: Perforationen des Deckels
145: Bolzen
191: Zapfen
192: Ebene Basis
193: Paare von Seitenteilen
194: Paare von Seitenteilen
195: Ankerzähne
196: Ankerzähne

Claims

Antenne, insbesondere zum Empfang von Fernseh-, Radio- und/oder Datensignalen, mit einer Impedanzadapterschaltung (15) und einer Verstärkungsschaltung (16), die zu der Impedanzadapterschaltung (15) in Serie nachgeschaltet ist,
wobei die Verstärkungsschaltung (16) eine Verstärkungsstufe (T1, R1, R2, R3, R4, R6, C3, C4, L1, CH1) und eine zu der Verstärkungsstufe parallel geschaltete Durchgangsschaltung (C7, C9, C14, D1, D2, D5, R5, R8, J2) mit einer Leitung (J2) aufweist,
wobei die Impedanzadapterschaltung (15) und die Verstärkungsschaltung (16) in der Weise eine schaltungstechnische Einheit bilden, dass die schaltungstechnische Einheit Schaltungskomponenten (C14, D5; D1, D2; ) aufweist, die in einem ersten Fall, in dem der schaltungstechnischen Einheit eine für einen Normalbetrieb entsprechende Spannung zugeführt wird, ein Signal über die Verstärkungsstufe führen, und die in einem zweiten Fall, in dem der schaltungstechnischen Einheit nicht eine für den Normalbetrieb entsprechende Spannung zugeführt wird, das Signal über die Leitung (J2) der Durchgangsschaltung führen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltungskomponenten (C14, D5, D1, D2) mindestens eine Diode (D1, D2) umfassen, die zwischen der Leitung (J2) der Durchgangsschaltung und Masse angeordnet ist, und die in dem ersten Fall, in dem der schaltungstechnischen Einheit eine für einen Normalbetrieb entsprechende Spannung zugeführt wird, leitend geschaltet ist, sowie eine Kapazitäts-Diode (D5), die seriell zwischen dem Eingang der Durchgangsschaltung und der Leitung (J2) der Durchgangsschaltung geschaltet ist, so dass das Signal über die Verstärkungsstufe geführt wird.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzadapterschaltung (15) und die Verstärkungsschaltung (16) in einem gemeinsamen Gehäuse (14) angeordnet sind, dass das Gehäuse (14) an der Antenne angeordnet ist, und dass das Gehäuse (14) aus elektrisch leitendem Material besteht und mit Masse verbunden ist.
Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltungstechnische Einheit an eine Speisequelle angeschlossen ist, die durch ein Solarzellensystem gebildet ist.
Antenne nach Anspruch 2 oder 3 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) einen Verbinder (21) für einen direkten oder indirekten Anschluss an ein Empfangsgerät für Fernsehen, Rundfunk und/oder Daten aufweist.
Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) und der Verbinder (21) einstückig ausgebildet sind.