EP1289061A2 - Antennensystem - Google Patents

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EP1289061A2
EP1289061A2 EP02018747A EP02018747A EP1289061A2 EP 1289061 A2 EP1289061 A2 EP 1289061A2 EP 02018747 A EP02018747 A EP 02018747A EP 02018747 A EP02018747 A EP 02018747A EP 1289061 A2 EP1289061 A2 EP 1289061A2
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EP
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antennas
antenna system
antenna
circuit board
metal plate
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Wolfgang Wendel
Michael Berg
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Hirschmann Electronics GmbH and Co KG
Hirschmann Electronics GmbH
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Hirschmann Electronics GmbH and Co KG
Hirschmann Electronics GmbH
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the invention relates to an antenna system for the reception of digital terrestrial Signals, in particular of DVB-T signals, according to the features of the generic term of claim 1.
  • the invention is therefore based on the object of an antenna system for reception provide digital terrestrial signals that are small and inexpensive as well as the entire frequency range a constant gain with good adjustment exhibit.
  • At least two antennas matched to ⁇ / 4 are interconnected via an adaptation network.
  • the frequency range is uniform or uneven in corresponding Subdivisions divided. So the two antennas can be set to two smaller frequency ranges be tuned than would be the case with only a single antenna. Thereby results in the entire frequency range, in particular the UHF range (470 to 862 Megahertz), a constant gain with good adjustment, so that optimal reception properties are guaranteed.
  • the optimal adaptation is achieved precisely by that the two antennas are tuned to ⁇ / 4 for their respective frequency range. It also enables portable, mobile reception.
  • the two antennas are on the one hand with a ground connection and on the other hand connected via a coupling network. So that in the the corresponding frequency range, the resonance frequencies are optimally determined and the Antennas are dimensioned.
  • the coupling network prevents the signals received by the two antennas can influence each other, and it is also achieved that the received signals add up optimally.
  • At least one of the two antennas is, in particular are both antennas, loop-shaped.
  • This loop shape for example in The shape of a semicircle or an upside down U has the advantage that the build two antennas compactly and, for example, stable and simple on one Housing can be attached.
  • the compact design is an advantage portable antenna systems or portable television sets.
  • one of the two antennas is loop-shaped and the other antenna designed as a rod antenna.
  • the rod antenna is one towards the receiving frequency range tuned ⁇ / 4-rod, which at high frequencies is low-resistance, while at these frequencies the loop-shaped antenna is high impedance. The reverse relationship applies to low frequencies.
  • the two antennas are arranged in one plane, one antenna being inside the other antenna.
  • This also increases the Compactness of the antenna system, although it can still be remembered that Antenna system, d. H. the two antennas, with a housing or a protective layer to surround, so that the reception properties are not impaired, however, the stability of the antenna system increases.
  • the housing or the layer surrounding the antennas e.g. a plastic coating
  • the antenna system can be designed freely to give a visually appealing look. It can also be remembered to provide the two antennas with a metal layer (e.g. a chrome layer).
  • the two antennas are arranged on a metal plate, which forms the ground connection for one connection of the antennas.
  • the adaptation network including the connection cable, if applicable
  • the Antennas decoupled.
  • FIG. 1 shows an antenna system 1 which has two antennas 2 and 3.
  • This Antennas 2 and 3 are loop-shaped, for example in the form of a semicircle, one upside down horseshoe or a U upside down.
  • the two antennas 2 and 3 are connected to a ground connection 4, while the other ends each via a coupling network 5 or 6 to an adaptation network 7 are merged and the adaptation network 7 has an output A from which the signals received by the antenna system 1 are coupled out and be forwarded to the television receiver.
  • the coupling network has that Task to transfer the signals of the antennas 2, 3 to an output without the antenna signals influence each other.
  • the adaptation network serves to the respective dipole loops (complex impedances) on the characteristic impedance of for example transform 75 ⁇ .
  • a broadband adjustment of greater than 10 dB is sufficient for relatively simple circuits. It is about here about L-C links.
  • the dimensioning can also be calculated by simulation; the loop is determined using measurement technology (for example a Smith diagram).
  • a coaxial cable is connected to the TV leads.
  • Figure 2 shows a further embodiment of the antenna system in which the one antenna 3 again as a loop antenna and the further antenna as a rod antenna 8 is executed.
  • the two coupling networks are omitted, so that one End of the antenna 2 and the rod antenna 8 connected to the matching network 7 is.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the antenna system 1, implemented here again with two loop-shaped antennas 2 and 3.
  • one Metal plate 9 available, the one hand the ground connection 4 for one end of each two antennas 2 and 3 forms, while the other two ends of antennas 2 and 3 are led to a printed circuit board 10 through the metal plate 9.
  • On the circuit board 10 are electronic components, not shown, which at least that Form adaptation network 7. If the two antennas 2 and 3 are loop-shaped, are also the electronic components for the coupling networks 5 and 6 on the Printed circuit board 10. If the antenna system 1 is active, there is also a Amplifier on the printed circuit board 10.
  • FIG. 1 is active, there is also a Amplifier on the printed circuit board 10.
  • Metal plate 9 is separate from the circuit board 10
  • a Top of the circuit board 10 is coated electrically conductive, this layer the Metal plate 9 forms or replaced. This eliminates z. B. the connecting lines of the ground connection 4 to the circuit board 10, so that the compactness of the design elevated.
  • the circuit board 10 in a not shown Housing is arranged, preferably the metal plate 9 or in the event that the Top of the circuit board 10 replaces the metal plate 9, the top of the circuit board 10 at least partially, in particular completely, forms a housing wall.
  • Such one Housing has the advantage that it can be used as a foot for setting up the antenna system 1 serves, while on the other hand the components of the antenna system 1, such as coupling network 5, 6, adaptation network 7, possibly amplifier, plug or socket of the Output A and possibly other components can be arranged in the housing can. It is also shown in Figure 3 that at the output A of the antenna system 1 a ferrite core 11 around the connection between the output A and a connection KA is arranged around for a coaxial cable. This suppresses jacket waves and thus significantly reducing the hand sensitivity of the antenna when adjusting.
  • This Ferrite core 11 is also advantageously in the housing, so that a finished antenna consists of the housing as a stand, from which the two antennas 2 and 3 protrude in a correspondingly coordinated length, the housing still has a connection for a coaxial plug or a coaxial socket.
  • FIG. 4 shows the position of the individual frequencies, in particular the lower frequency f 1 (such as 470 megahertz) and the position of the upper frequency f 2 (such as 862 megahertz).
  • the figure shows an example of the position of the two resonance frequencies within the Frequency range between an upper and a lower frequency.
  • Position of the two resonance frequencies symmetrically within the frequency range selected, an asymmetrical position is also possible.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antennensystem für den Empfang digitaler terrestrischer Signale, insbesondere von DVB-T-Signalen, wobei zur Erzielung eines konstanten Gewinns bei guter Anpassung erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß zumindest zwei auf λ/4 abgestimmte Antennen (2, 3) über ein Anpassungsnetzwerk (7) zusammengeschaltet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennensystem für den Empfang digitaler terrestrischer Signale, insbesondere von DVB-T-Signalen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.
Bisher war es bei Fernsehern üblich, daß die von Sendern abgestrahlten Signale über Antennen, wie z. B. Stabantennen, empfangen werden, falls der Empfang nicht über Kabeleinspeisung oder Satellitenempfänger durchgeführt wurde. Das bisherige analoge Fernsehen hatte Nachteile, insbesondere hinsichtlich der Qualität der empfangenen Bilder, so daß zur Zeit eine Umstellung von dem analogen hin zum digitalen Fernsehen erfolgt. Für den Empfang der digitalen, von einem stationären Sender abgestrahlten Signale sind daher neue Antennensysteme erforderlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antennensystem für den Empfang digitaler terrestrischer Signale bereitzustellen, die klein und kostengünstig sind sowie über den gesamten Frequenzbereich einen konstanten Gewinn bei guter Anpassung aufweisen.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zumindest zwei auf λ/4 abgestimmte Antennen über ein Anpassungsnetzwerk zusammengeschaltet sind. Damit wird es möglich, daß von der einen Antenne der untere Teilbereich des Frequenzbandes und von der anderen Antenne der obere Teilbereich des Frequenzbandes abgedeckt wird. Bei mehr als zwei Antennen ist der Frequenzbereich gleichmäßig oder ungleichmäßig in entsprechende Teilbereiche unterteilt. So können die beiden Antennen auf zwei kleinere Frequenzbereiche abgestimmt werden, als dies mit nur einer einzigen Antenne der Fall wäre. Dadurch ergibt sich im gesamten Frequenzbereich, insbesondere dem UHF-Bereich (470 bis 862 Megahertz), ein konstanter Gewinn bei guter Anpassung, so daß optimale Empfangseigenschaften gewährleistet sind. Die optimale Anpassung wird gerade dadurch erreicht, daß die beiden Antennen für ihren jeweiligen Frequenzbereich auf λ/4 abgestimmt sind. Außerdem wird so ein portabler, mobiler Empfang möglich.
In Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Antennen einerseits mit einem Masseanschluß und andererseits über ein Koppelnetzwerk verbunden. Damit können in dem entsprechenden Frequenzbereich die Resonanzfrequenzen optimal festgelegt und die Antennen dimensioniert werden. Durch das Koppelnetzwerk wird vermieden, daß sich die von den beiden Antennen empfangenen Signale gegenseitig beeinflussen können, und es wird zudem erreicht, daß sich die empfangenen Signale optimal addieren.
In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest eine der beiden Antennen, insbesondere sind beide Antennen, schleifenförmig ausgebildet. Diese Schleifenform, beispielsweise in Form eines Halbbogens oder eines auf dem Kopf stehenden U, hat den Vorteil, daß die beiden Antennen kompakt bauen und beispielsweise stabil und einfach auf einem Gehäuse befestigt werden können. Gerade die kompakte Bauweise ist von Vorteil bei tragbaren Antennensystemen bzw. tragbaren Fernsehgeräten.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine der beiden Antennen schleifenförmig und die andere Antenne als Stabantenne ausgebildet. Die Stabantenne ist ein auf den zu empfangenden Frequenzbereich abgestimmter λ/4-Stab, der bei hohen Frequenzen niederohmig ist, während bei diesen Frequenzen die schleifenförmige Antenne hochohmig ist. Bei tiefen Frequenzen gilt jeweils das umgekehrte Verhältnis. Durch die Parallelschaltung wird eine gleichmäßige Impedanz und eine gute Anpassung erreicht, so daß das Anpassungsnetzwerk einfacher und mit weniger Filtergrad ausgeführt werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Antennen in einer Ebene angeordnet, wobei die eine Antenne innerhalb der anderen Antenne liegt. Dies erhöht ebenfalls die Kompaktheit des Antennensystems, wobei noch daran gedacht werden kann, das Antennensystem, d. h. die beiden Antennen, mit einem Gehäuse oder einer Schutzschicht zu umgeben, wodurch die Empfangseigenschaften nicht beeinträchtigt werden, sich jedoch die Stabilität des Antennensystems erhöht. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Gehäuse oder die die Antennen umgebende Schicht (z. B. eine Kunststoffumspritzung) farblich oder vom Design her frei gestaltet werden kann, um dem Antennensystem ein optisch ansprechendes Aussehen zu geben. Außerdem kann daran gedacht werden, die beiden Antennen mit einer Metallschicht (z. B. einer Chromschicht) zu versehen.
In Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Antennen auf einer Metallplatte angeordnet, die für jeweils einen Anschluß der Antennen den Massenanschluß bildet. Dadurch werden das Anpassungsnetzwerk (ggf. einschließlich des Anschlußkabels) und die Antennen entkoppelt. Es kann daran gedacht werden, dem Koppelnetzwerk (bei zwei schleifenförmigen Antennen) bzw. dem Anpassungsnetzwerk einen Verstärker nachzuschalten, so daß eine aktive Ausführung des Antennensystems realisiert ist. Dies hat den Vorteil, daß durch diese aktive Ausführung des Antennensystems dessen Schwingneigung unterbunden wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, aus denen sich entsprechende Vorteile ergeben.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
ein Antennensystem mit zwei schleifenförmigen Antennen,
Figur 2
ein Antennensystem mit einer schleifenförmigen und einer stabförmigen Antenne,
Figur 3
eine weitere Ausgestaltung des Antennensystems und
Figur 4
die Lage der Resonanzfrequenzen bei zwei Antennen.
Figur 1 zeigt ein Antennensystem 1, welches zwei Antennen 2 und 3 aufweist. Diese Antennen 2 und 3 sind schleifenförmig, beispielsweise in Form eines Halbkreises, eines auf dem Kopf stehenden Hufeisens oder eines auf dem Kopf stehenden U. Mit einem Ende sind die beiden Antennen 2 und 3 an einem Masseanschluß 4 verbunden, während die anderen Enden jeweils über ein Koppelnetzwerk 5 bzw. 6 zu einem Anpassungsnetzwerk 7 zusammengeführt werden und das Anpassungsnetzwerk 7 einen Ausgang A aufweist, aus dem die von dem Antennensystem 1 empfangenen Signale ausgekoppelt und an den Fernsehempfänger weitergeleitet werden. Das Koppelnetzwerk hat die Aufgabe, die Signale der Antennen 2, 3 auf einen Ausgang zu transferieren, ohne daß sich die Antennensignale gegenseitig beeinflussen. Das Anpassungsnetzwerk dient dazu, die jeweiligen Dipolschleifen (komplexe Impedanzen) auf den Wellenwiderstand von beispielsweise 75 Ω zu transformieren. Hierbei ist eine breitbandige Anpassung von größer als 10 dB für relativ einfach ausgeführte Schaltungen ausreichend. Es handelt sich hier um L-C-Glieder. Die Dimensionierung kann auch durch Simulation errechnet werden; die Schleife wird meßtechnisch ermittelt (beispielsweise Smith-Diagramm).
An dem Ausgang A wird beispielsweise ein Koaxialkabel angeschlossen, welches zu dem Fernsehgerät führt.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Antennensystems, bei dem die eine Antenne 3 wieder als schleifenförmige Antenne und die weitere Antenne als Stabantenne 8 ausgeführt ist. In diesem Fall entfallen die beiden Koppelnetzwerke, so daß das eine Ende der Antenne 2 und die Stabantenne 8 mit dem Anpassungsnetzwerk 7 verbunden ist.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Antennensystems 1, hier wieder realisiert mit zwei schleifenförmigen Antennen 2 und 3. Bei dieser Ausgestaltung ist eine Metallplatte 9 vorhanden, die einerseits den Masseanschluß 4 für jeweils ein Ende der beiden Antennen 2 und 3 bildet, während die beiden anderen Enden der Antennen 2 und 3 zu einer Leiterplatte 10 durch die Metallplatte 9 hindurchgeführt sind. Auf der Leiterplatte 10 befinden sich nicht dargestellte elektronische Bauteile, die zumindest das Anpassungsnetzwerk 7 bilden. Sind die beiden Antennen 2 und 3 schleifenförmig, befinden sich auch die elektronischen Bauteile für die Koppelnetzwerke 5 und 6 auf der Leiterplatte 10. Ist das Antennensystem 1 aktiv ausgeführt, findet sich auch ein Verstärker auf der Leiterplatte 10. Anstelle der in Figur 3 gezeigten Ausführung (Metallplatte 9 ist getrennt von der Leiterplatte 10) ist es auch denkbar, daß eine Oberseite der Leiterplatte 10 elektrisch leitend beschichtet ist, wobei diese Schicht die Metallplatte 9 bildet bzw. ersetzt. Dadurch entfallen z. B. die Verbindungsleitungen von dem Masseanschluß 4 zu der Leiterplatte 10, so daß sich die Kompaktheit der Bauweise erhöht. Weiterhin ist es denkbar, daß die Leiterplatte 10 in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Metallplatte 9 bzw. für den Fall, daß die Oberseite der Leiterplatte 10 die Metallplatte 9 ersetzt, die Oberseite der Leiterplatte 10 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, eine Gehäusewand bildet. Ein solches Gehäuse hat den Vorteil, daß es einerseits als Fuß zum Aufstellen des Antennensystems 1 dient, während andererseits die Komponenten des Antennensystems 1, wie Koppelrietzwerk 5, 6, Anpassungsnetzwerk 7, ggf. Verstärker, Stecker oder Buchse des Ausgangs A sowie ggf. weiterer Komponenten in dem Gehäuse angeordnet werden können. Weiterhin ist in Figur 3 noch gezeigt, daß am Ausgang A des Antennensystems 1 ein Ferritkern 11 um die Verbindung zwischen dem Ausgang A und einem Anschluß KA für ein Koaxialkabel herum angeordnet ist. Damit werden Mantelwellen unterdrückt und damit die Handempfindlichkeit der Antenne beim Einstellen deutlich verringert. Dieser Ferritkern 11 befindet sich auch in vorteilhafter Weise in dem Gehäuse, so daß eine fertige Antenne aus dem Gehäuse als Aufstellfuß besteht, aus der die beiden Antennen 2 und 3 in entsprechender abgestimmter Länge herausstehen, wobei das Gehäuse noch einen Anschluß für einen Koaxialstecker oder eine Koaxialbuchse aufweist.
Figur 4 zeigt die Lage der einzelnen Frequenzen, insbesondere der unteren Frequenz f1 (wie z. B. 470 Megahertz) und die Lage der oberen Frequenz f2 (wie z. B. 862 Megahertz). Ebenso ist gezeigt die Lage der Mittenfrequenz sowie die Lage der beiden Resonanzfrequenzen fr1 und fr2, die sich wie folgt berechnen: fr1 = (f1 + f22 +f1) x ½ = 3 f1 + f22 x 2 = 566 MHz fr2 = ( f1 + f22 + f2) x ½ =f1 + 3 f22 x 2 = 763 MHz
Die Figur zeigt beispielhaft die Lage der beiden Resonanzfrequenzen innerhalb des Frequenzbereiches zwischen einer oberen und einer unteren Frequenz. Dabei ist die Lage der beiden Resonanzfrequenzen symmetrisch innerhalb des Frequenzbereiches gewählt, wobei auch eine asymmetrische Lage möglich ist. Gleiches gilt für die Aufteilung des Frequenzbereiches bei Vorhandensein von mehr als zwei Resonanzfrequenzen, nämlich dann, wenn das Antennensystem mehr als zwei Antennen aufweist. Auch bei mehr als zwei Antennen ist eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Frequenzlage der Resonanzfrequenzen möglich.

Claims (10)

  1. Antennensystem (1) für den Empfang digitaler terrestrischer Signale, insbesondere von DVB-T-Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei auf λ/4 abgestimmte Antennen (2, 3) über ein Anpassungsnetzwerk (7) zusammengeschaltet sind.
  2. Antennensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (2, 3) einerseits mit einem Masseanschluß (4) und andererseits über ein Koppelnetzwerk (5, 6) verbunden sind.
  3. Antennensystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Antennen (2; 3), insbesondere beide Antennen (2, 3), schleifenförmig ausgebildet ist.
  4. Antennensystem (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Antennen (2) schleifenförmig und die andere Antenne (3) als Stabantenne (8) ausgebildet ist.
  5. Antennensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (2, 3) in einer Ebene angeordnet sind und die eine Antenne (3) innerhalb der anderen Antenne (2) liegt.
  6. Antennensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (2, 3) auf einer Metallplatte (9) angeordnet sind, die für jeweils einen Anschluß der Antennen (2, 3) den Masseanschluß (4) bildet.
  7. Antennensystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Metallplatte (9) eine Leiterplatte (10) angeordnet ist, die das Anpassungsnetzwerk (7) und gegebenenfalls auch das Koppelnetzwerk (5, 6) sowie einen Verstärker aufweist.
  8. Antennensystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberseite der Leiterplatte (10) elektrisch leitend beschichtet ist, wobei diese Schicht die Metallplatte (9) bildet bzw. ersetzt.
  9. Antennensystem (1) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (10) in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Metallplatte (9) bzw. die Oberseite der Leiterplatte (10) zumindest teilweise eine Gehäusewand bildet.
  10. Antennensystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ausgang A des Antennensystems (1) ein Ferritkern (11) um die Ableitungsverbindung herum angeordnet ist.
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