JP2000515712A - アンテナおよび切換可能な増幅器を有する無線受信サブシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 周波数同調器を持つ放送受信機ユニット（１２）に作動的に接続し得る無線受信サブシステムは、給電点を持つアンテナ（１４），本質的に給電点に設けられた増幅器（２０），アンテナの給電点および増幅器から放送受信機ユニットの信号入力（１０）まで延びる送信線（１６、４０）を持っている。送信線は１組の導体（２４、２６）、たとえば同軸導体を持っている。手動で操作するスイッチ（２８）が導体にＤＣ電圧をかけるために送信線に設けられており、一方、リレースイッチ（２２）は電圧に応じて増幅器の送信線に対する接続状態を変えるために、送信線に作動的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 アンテナおよび切換可能な増幅器を有する無線受信サブシステム発明の背景 この発明は無線受信システムに関するものである。さらに、具体的には、この 発明はテレビジョンやラジオの放送受信機の信号入力にアンテナが接続されてい る無線受信サブシステムに関するものである。 通常のラジオまたはテレビジョン受信サブシステムは、アンテナ，アンテナを ラジオまたはテレビジョンセットに接続する送信線，および通常フロントエンド と呼ばれるセット受信機の第１段から構成されている。アンテナは通常、受信機 の同調可能な帯域に等しい瞬時帯域を持つように設計されている。 アンテナは作動帯域において電磁エネルギを受け、送信線を介してそれをセッ トに送る。受信したエネルギは、放送局から送信されている所望の信号と、数多 くのその他の不所望の成分の組合せからできており、それらの成分の出所やスペ クトルに応じて、時にはノイズ、また時には干渉と呼ばれる。テレビジョン画像 においては、干渉と称されるものは、通常、点や直線、くねった曲線のような不 所望のパターンが画面上を、または画面の一部を動き回るという結果となって現 れる。干渉はエンジンのイグニッション，受信しようとしている以外のラジオや テレビジョン放送，エレベータ，ジアテルミ(diathermy)装置，機械工場,、モー タなど、様々な装置から発生される。アンテナは非常に低感度の狭い角領域、す なわち、ナルを１ヵ所ないし数ヵ所備えており、これを強い干渉源に向けること ができる。特殊なケースであるが、非常に良く知られている干渉としては、２つ またはそれ以上の異なる長さの経路を経て到達する希望電波によって生じるゴー ストと呼ばれる現象がある。このノイズは画面上に“スノー”と呼ばれる、ぼや けた点がランダムに分布する現象となって現れる。ノイズはあらゆる方向から飛 来し、あらゆる周波数を持っており、一般的な目的においては消費者用アンテナ が受けるノイズパワーは、いかかる方法によってもこれを減少させることは不可 能である。ある種の干渉は純粋のノイズから区別することが困難であり、それら の効果は実用上ノイズの効果と一緒に考えられる。 希望信号の受信の程度をノイズパワーに比べたものを信号対雑音比（“ＳＮ比 ”）と呼ぶ。特定の信号帯域帯に対して、この数値はまさにその名称のとおり、 合計信号パワーを合計ノイズパワーで割ったものである。ノイズ問題の厄介な点 は、アンテナ端子におけるＳＮ比が、通常わずかながら、送信線を経由する間に 劣化し、ラジオ/テレビジョンセットの端子で受け取るＳＮ比は、受信機の第１ 段によってさらに劣化することである。多くの用途にとって、受信機はノイズパ ワーの支配的な源泉である。受信品質を向上させるために、“低ノイズ受信機” および“低ノイズ増幅器”に対する数多くの改良が行われてきた。 近年における受信セットは非常に優れた増幅器を備えており、送信線が届ける 入力信号（受信された信号パワー＋受信されたノイズパワー＋送信線ノイズパワ ー）を増幅するとともに、増幅器自身のノイズパワーを加える。それ以後の段階 でもノイズパワーが加えられるが、増幅の第１段のパラメータは、これらの考慮 すべき諸点に比べて圧倒的に大きい影響力を持っている。近年における画質の向 上は、その多くがこのフロントエンド増幅器の設計における改良の結果である。 消費者市場においては、アンテナに近接して増幅器を設けること、ときには、 アンテナの匡体そのものに増幅器を組込む傾向が現れている。一見して、これは 合理的なことのように思われる。アンテナにおける信号が増幅されるので、ケー ブルの損失およびケーブルの発生するノイズパワーの影響力はさほど重要でなく なるというわけである。 しかし、この単純な評価ではいくつか見逃されている点がある。すなわち、何 か操作するたびにノイズパワーが加わるので、アンテナ増幅器を追加することに よって、増幅器出力におけるＳＮ比はアンテナ端子におけるＳＮ比と比べて劣化 することになること、また、アンテナ増幅器の対ノイズ性能は近年におけるラジ オまたはテレビジョンセットの第１段増幅器に比べて劣っていること、テレビジ ョン用のアンテナ増幅器は約５０−８５０ＭＨｚの通過帯域を持っていることが 多いので、その帯域内で受信し、増幅した信号全体にとって、受信信号の一部を 飽和（オーバードライブ）させて音声または画像歪みを生じさせるほど強力であ る可能性があることである。この最後の因子は、たとえば、１２５ＭＨｚで通信 中の航空機が上空を通過することによって、テレビジョンやＦＭ放送の受信品 質が損われる結果となり得ることを示す。同様に、受信地点に非常に接近してい る放送局は、あらゆる放送局周波数において歪みを発生し得る。追加の（アンテ ナ）増幅器がないと信号レベルが減少し、飽和は起こり難い。 一方、長いケーブルでアンテナがラジオまたはテレビジョンセットに接続され ているときは、アンテナに設けた増幅器がそれが受け取ったＳＮ比を強めること もあり得る。たとえば、長さ１００フィート（約３０．５メートル）のＲＧ−６ 同軸ケーブルにとって、ＵＨＦテレビジョン帯域の減衰度が７．５ｄＢを超え、 ケーブルのアンテナ側端部に増幅器が存在することは有益である。ＶＨＦテレビ ジョン帯域の低い方とＦＭ放送帯域においては、同じケーブルが１．５−３ｄＢ に及ぶ減衰を生じ、アンテナ増幅器はＳＮ比を下げるどころか、むしろ増加させ るように働くであろう。ＶＨＦテレビジョン帯域の高い方では、４−４．５ｄＢ の減衰が得られ、ＳＮ比もごくわずか改善することもあり得る(試してみるのが 最善である)。 また、放送受信機が非常に古いラジオまたはテレビジョンセットであり、アン テナが最新型のものであると、増幅器つきの方がついていないものより結果は良 好である。 屋外用ＴＶアンテナには、一体型の増幅器つきのものがある。アンテナへの直 流電源は、壁の電源コンセントに接続される小型の“パワーインジェクタ”ユニ ットから、ＴＶセットに接続される同軸ケーブルを経由して供給され、ＲＦ信号 に検知できないほどの減衰をもたらす。この製品は前述の欠点を示す。１００フ ィートのケーブルが使われた場合、この増幅器はＵＨＦ帯域の高い部分で助けに なるが、そのほかでは効果がない。ケーブルが６フィート（約１．８メートル） の場合、増幅器は一部のチャンネルの妨害要因となるほか、その他にはほとんど 影響がない。この既存の製品の特に重要な欠点は、パワーインジェクタをコンセ ントから外した場合に、信号が大幅に減衰してしまうことである。これは電源が 切れると同時に、今までよく見えていた画像がほとんど消えてしまうという結果 をもたらす。発明の目的 この発明の目的は、放送用受信機に使用される改善された無線受信サブシステ ムを提供することにある。 この発明のもう１つの目的は、アンテナ増幅器によって生じる欠点を排除した アンテナ増幅器組込式の無線受信サブシステムを提供することにある。 さらにこの発明の目的は、従来の兎の耳の形のデザインのものと異なる、調節 しなくても十分な受信特性をもたらすテレビジョンアンテナを含む無線受信サブ システムを提供することにある。 この発明の関連する１つの目的は、アンテナ増幅器を持っている無線受信サブ システムを操作する方法を提供することある。 この発明のこれらおよびその他の目的は、添付した図面および以下の詳細説明 で明らかになるであろう。発明の概要 周波数同調器を有する放送受信機に接続可能なこの発明に基づく無線受信サブ システムは、給電点を持つアンテナ，本質的に給電点に設けられる増幅器，およ びアンテナの給電点および増幅器から放送受信機ユニットの信号入力に延びる、 導線２本を有する送信線を含んでいる。第１のスイッチは導体にＤＣ電圧を印加 するために送信線に設けられており、一方、第２のスイッチは電圧に応じて送信 線に増幅器を接続する状態を変えるために送信線に接続されている。 第２のスイッチは、双投スイッチであり、給電点から信号入力への接続を(a) 増幅器をバイパスして直接接続したり、または(b)増幅器を経由して間接的に接 続したりできるようにすることが望ましい。この発明の特定の実施例の場合、第 １のスイッチで導体間に電圧が印加されると、第２のスイッチは増幅器を一方の 側で給電点に他方の側で信号入力に接続できるようにしてある。 第１のスイッチは一般的に、放送受信機ユニットに設けられており、ユーザな いし操作者は、信号受信の優先度に応じて手動で操作することができる。 送信線として同軸ケーブルが使われた場合、２本の導体はケーブルの内側と外 側となる。第２のスイッチは電磁リレーであってもよい。 リレーは増幅器と給電点の間にあるか、または増幅器と第１のスイッチの間に あってもよい。または、増幅器の相対する側に２個のリレーが設けられていても よい。その場合、２つの導体の間に第１のスイッチによって印加された電圧に応 じて、増幅器の送信線への接続状態を変えるために２個のリレーは協調作動する 。 放送受信機ユニットがテレビジョンの場合は、アンテナは両端部が折り曲がっ て中央部と折り重なるような、細長い形状となる。 この発明に基づく信号受信サブシステムはその欠点をもたらすことなく、アン テナ増幅器の利益を提供する。テレビジョンまたはラジオ受信機に設けられたス イッチが、増幅器のアンテナから送信線への挿入をコントロールする。図面の簡単な説明 図１はこの発明に基づいた無線信号受信サブシステムの部分的には回路図であ り、部分的にはブロック線図である。 図２は図１の無線信号受信サブシステムの中に含まれる電源スイッチの部分的 には回路図であり、部分的にはブロック線図である。 図３は図１の無線信号受信サブシステムの一変形例を示す回路図である。 図４は図１の無線信号受信サブシステムの別の変形例を示す回路図である。 図５は図１−図４の無線信号受信サブシステムにおいて使用可能な折り曲げダ イポールアンテナの縮尺の透視図であり、図１に示したハウジングも示している 。 図６は図５の折り曲げダイポールアンテナの同様に縮尺の概略側面図である。 図７は図５と図６の折り曲げダイポールアンテナの同様に縮尺の概略上面図で ある。好ましい実施例の説明 図１に示すように、テレビジョンまたはラジオ１２のような通常の同調回路（ 図示せず）を持つ放送受信機の信号入力１０は同軸送信線１６を経由してアンテ ナ１４に接続している。送信線１６は信号入力１０の反対側で、双投リレースイ ッチ２２の作動状態にって、直接的にまたは増幅器２０を介して間接的に、アン テナ１４の給電点１８に接続している。このメインスイッチ２２の位置は、同軸 送信線の内導体２４（図２）と外導体２６の間のＤＣ電位に依存する。内導体２ ４（図２）と外導体２６とが同じＤＣ電位であるときは、リレースイッチ２２は 図１に示したような作動状態となり、同軸送信線１６はアンテナ給電点１８と直 接に接続される。予め設定された電圧が内導体２４と外側の導体２６との間に存 在するときは、リレースイッチ２２はその作動状態を変え、同軸送信線１６は増 幅 器２０を経由してアンテナ給電点１８に接続される。 リレースイッチ２２の作動状態の変化は、同軸線１６に挿入された電力または 制御スイッチ２８によってユーザにより制御される。スイッチ２８のアクチュエ ータ３０はユーザーが操作するものであり、１個ないし複数個のスイッチエレメ ント３２（図２）を閉じると、導体２４および２６は、ＡＣ−ＤＣ変圧器または 電源３４の２次側コイル（図示せず）に接続される。この動作によって、内導体 ２４と外導体２６との間に予め設定された電圧または電位差、たとえば１８Ｖが 発生する。 増幅器２０とリレースイッチ２２は、アンテナ自身を包含しているアンテナハ ウジング３６内に設けられている。ハウジング３６内には、バルン変圧器３８が 設けられていることもまれではなく、それは一方では同軸線１６に、他方では増 幅器２０に電気的に接続されている。バルン変圧器３８は同様にハウジング３６ 内に設けられている。 変圧器３８は７５Ω−３００Ωの変圧器であり、フェライトの円環体と細い巻 線から構成されており、大きさは１立方インチ(１インチは２．５４センチメー トル。以下、同様)以内である。 ここで注目しておきたいことは、無線受信サブシステムの別の様式(図示せず) においては、ハウジング３６は増幅器２０，リレースイッチ２２，および変圧器 ３８のみを含む。この場合、アンテナ１４はハウジング３６の外側に置かれてい る。さらに、バルン３８は一方で給電点１８と、他方で増幅器２０と接続されて いてもよい。 アンテナ１４とハウジング３６は放送受信機１２から離れて、たとえば、屋根 の上や屋根裏部屋に設けられることも多い。実際の場合、パワースイッチまたは インジェクタユニット２８は短いケーブル４０で放送受信機の信号入力１０に接 続されている。ケーブル４０は同軸ケーブル１６の一部である。電源スイッチ２ ８はまた、コード４２とプラグ４４で、通常の住宅電源に接続されている。 図３と図４では、同じ回路要素に対しては図１と同じ参照番号が使われている 。図３で示したように、スイッチ２２の機能を果たす双投リレースイッチ４６は 、増幅器のケーブル接続側ではなく、アンテナ給電点１８と増幅器２０の間に設 け られている。別な方式である図４の場合には、連動双投リレースイッチ４８と５ ０が増幅器２０の反対側に設けられている。リレースイッチ２２，４６，４８， ５０は各々導体２４および２６の間に接続されたソレノイドコイル（図示せず） を持っていて、両導体間に１８Ｖの電位差があると作動して該当するスイッチを 働かせる。 放送受信機１２がテレビジョンセットの場合、アンテナ１４は図５−図７に示 した折り曲げ式ダイポール（双極）アンテナ１０８の形態をとることもある。ア ンテナ１０８の第１の直線導体１１０は全長約８５．５インチである。導体１１ ０は折り曲げ点１１１および１１３で直線状の中央部１１６上に折り曲げられた 直線状の端部１１２および１１４を持つ。各端部１１２および１１４は約５．５ インチであり、中央部１１６に対して平行である。各端部１１２および１１４は 中央部１１６と各々長さ０．７５インチの接続部１１８および１２０を介して接 続されている。中央部１１６の長さは約７３インチである。 このアンテナにはさらに第２の直線状導体１２２がある。導体１２２は、長さ ３６．５インチ、直径０．１２５インチの直線状本体部１２６に対して折り曲げ 点１２５で折り曲げられた長さ５．５インチ、直径０．０５インチの直線状端部 １２４を持っている。端部１２４は、直径０．０５インチの直線状接続材１２８ によって０．７５インチの間隔を保ちつつ、本体部１２６と平行に延びている。 第３の直線状導体１３０は導体１２２のミラーイメージである。したがって、 導体１３０は長さ３６．５インチ、直径０．１２５インチの直線状本体部１３４ に対して、折り曲げ点１３３で折り曲げられた長さ５．５インチ、直径０．０５ インチの直線状端部１３２を持っている。端部１３２は、直径０．０５インチの 直線状接続材１３６によって０．７５インチの間隔を保ちつつ、本体部１３４と 平行に延びている。 一方での端部１２４および１３２、他方での本体部１２６および１３４の直径 差はインピーダンスレベルの差を調節する役割を果たす。本体部１２６および１ ３４の直径を０．１２５インチに抑えたのは、ダイポールアンテナの製造上の便 宜のためである。 導体１２２および１３０は互いに共直線であり、導体１１０に対してほぼ平行 に延びている。導体１２２および１３０は、並列する内端部においてはバランス した２線給電線（図示せず）に接続される。しかしながら、望ましくは導体１２ ２および１３０はその内端部１４６および１４８でバルン変圧器３８（図１）に リレースイッチ２２の作動状態に応じて直接または増幅器２０を介して接続され る。図５に示したように、ハウジング３６は、テレビジョン受信機１２に向かっ て延びている同軸線(図示せず)の取付用の同軸コネクタ１４０を持っている(図 １)。 導体１１０，１２２および１３０は絶縁性または誘電性被覆(図示せず)を持っ て給電点と変圧器３８の反対側に延びる２本のダイポールアームの支持を助ける こともできる。誘電材料は損失が低い、商業テレビジョン周波数に対する無線周 波数特性を持つものでなければならない。金属対金属の接触は無線周波数伝導性 に優れていなければならない。 導体１１０の端部１１２および１１４は導体１２２および１３０の端部１２４ および１３２に各々一般的に直線状の長さ１．５インチの接続導体１４２および １４４を介して接続されている。 導体１１０，１２２および１３０は第１の平面Ｐ１内に存在し、一方、端部１ １２および１１４ならびに端部１２４および１３２は平面Ｐ１に平行な第２の平 面Ｐ２を規定している。接続材１１８および直線状接続材１２８は第１の折り曲 げ平面Ｆ１を定義し、接続材１２０および直線状接続材１３６は第１の折り曲げ 平面に平行な第２の折り曲げ平面Ｆ２を定義する。これらの折り曲げ平面Ｆ１お よびＦ２は、平面Ｐ１およびＰ２に対してほぼ垂直である。 アンテナ装置のすべての導体は銅またはアルミニウム製の棒または管である。 導体１１０は直径が０．０５インチであり、導体１２２、またもっと具体的には その本体部１２６は直径が０．１２５インチであるとが望ましい。接続導体１４ ２と１４４の直径はほぼ０．０５インチである。ここで述べる導体の長さとは各 種の直線状部分の弓状の端部（図６）をも含むものであり、したがって、特定の 直線状導体の両部間の距離と言う方がさらに正確である。たとえば、接続材１１ ８，１２０，１２８，および１３６の長さ０．７５インチは端部１１２および１ １４と中央部１１６との間の距離であり、同様なことが部分１２４および１３２ と導体１２２および１３０の本体部分１２６および１３４と間の距離についても いえる。 主な導体１２６の端子１４６および１４８はバルン変圧器１３８に接続される かわりに、バランスした２線ペア（図示せず）の各々の線に接続されてもよい。 この場合、バルン変圧器（図示せず）はその２線ペアのダイポールアンテナとは 反対側の線端に接続することもできる。 ここに図５−図７を参照して説明した折り曲げダイポールアンテナは、テレビ ジョン放送の２−１３チャンネルに対して広角度のカバー範囲を提供し、またあ らゆるチャンネル（２−６９）の無線テレビジョン信号に対して効率の良い受信 機である。 この発明は上述のように、特定の実施例と応用例について説明してきたが、当 業者にとってここで述べた教えに従えば、この発明の請求範囲の真意から逸脱す ることなく、またその範囲を超えることなく、様々な実施例および変更をつくり 出し得ることは可能である。たとえば、増幅器２０はプラグ４４を電源ソケット から抜くだけでバイパスすることが可能である。また、同様に、スイッチエレメ ント３２を電源スイッチまたはインジェクタユニット２８から省略し、変圧器ま たは電源３４を永久的に電源スイッチ２８で同軸コンダクタ２４と２６に接続す ることも可能である。変圧器は、その場合、プラグ４４を電源ソケットに差し込 むことによって無線受信機サブシステムに投入される。 同様に、ここに述べた図面や説明は、この発明の理解の便宜のために提供され たものであり、その範囲を制限するものと理解されるべきではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ターク・ネイル アメリカ合衆国 ニューヨーク州11791, ローレル・ホロー，ワン・ビスタ・ドライ ブ (72)発明者 スカヒル・ジョージ アメリカ合衆国 ニューヨーク州11740, グリーンローン，クレイ・ピッツ・ロード 159

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．周波数同調器を有する放送受信機に作動的に接続できる無線受信サブシス テムであって、 給電点を持つアンテナ、 本質的に前記給電点に設けられた増幅器、 前記アンテナの前記給電点および増幅器から放送受信機ユニットの信号入力ま で延びる送信線、 指令信号を前記送信線に付与するために前記送信線に接続された信号発生回路 、および 前記指令信号に応答して前記送信線に対する前記増幅器の接続状態を変えるた めに前記送信線に作動的に接続されかつ前記指令信号に応答するスイッチを備え る、無線受信サブシステム。 ２．送信線は２本の導体を有し、前記スイッチは主スイッチであり、前記信号 発生回路はＤＣ電圧を前記導体に印加するために前記送信線に設けられた制御ス イッチを含み、前記指令信号は前記ＤＣ電圧である、請求項１記載の無線受信サ ブシステム。 ３．前記主スイッチは前記給電点を前記信号入力に(a)増幅器をバイパスして 直接的に、または(b)増幅器を介して間接的に接続し得るようにした双投スイッ チである、請求項２記載の無線受信サブシステム。 ４．前記主スイッチは、前記制御スイッチによって前記導体に前記電圧を印加 することにより、前記増幅器を前記給電点および前記信号入力に接続し得るよう に構成されている、請求項３記載の無線受信サブシステム。 ５．前記制御スイッチは本質的に前記放送受信機ユニットに設けた、請求項２ 記載の無線受信サブシステム。 ６．前記送信線は同軸ケーブルであり、前記導体は前記ケーブルの内および外 導体を含む、請求項２記載の無線受信サブシステム。 ７．前記主スイッチは電磁リレーである、請求項２記載の無線受信サブシステ ム。 ８．前記主スイッチは前記増幅器と前記給電点との間に位置する、請求項２記 載の無線受信サブシステム。 ９．前記主スイッチは前記増幅器と前記制御スイッチとの間に存在する、請求 項２記載の無線受信サブシステム。 １０．前記主スイッチは前記増幅器の反対側に前記送信線に対して作動的に接 続されている１組のスイッチの一方であり、前記主スイッチは協働して前記電圧 に応じて前記増幅器の前記送信線への接続状態を変化させる、請求項２記載の無 線受信サブシステム。 １１．前記放送受信機ユニットはテレビジョンおよびラジオのすくなくとも一 方を含む、請求項１記載の無線受信サブシステム。 １２．前記アンテナは中央部にオーバーラップするように折り曲げられた、対 向端部を含む、請求項１記載の無線受信サブシステム。 １３．給電点を有するアンテナ，本質的に前記給電点に設けられた増幅器，お よび前記アンテナの前記給電点および前記増幅器から周波数同調器を持っている 放送受信機ユニットの信号入力まで延びている送信線を持っており、しかもその 送信線は２本の導体を持っている、そのような無線受信サブシステムで利用でき る方法であって、 １つのスイッチを操作して前記給電点を前記信号入力に前記増幅器を介して接 続し、 別のスイッチを操作して前記導体間のＤＣ電位差を変え、 前記導体間のＤＣ電位差の変化に応じて前記１つのスイッチを作動させ、前記 給電点を前記増幅器をバイパスして直接に前記信号入力に接続する、無線受信サ ブシステムにおいて利用できる方法。 １４．前記１つのスイッチは前記導体間のＤＣ電位差に応じて作動状態が決ま るように自動的に作動する、請求項１３記載の方法。 １５．前記他のスイッチは本質的に前記放送受信機ユニットに置かれて、その 作動は手動的に達成される、請求項１３記載の方法。