MXPA00005498A - Sistema de antena planar de sintonizacion automatica de vhf/uhf - Google Patents

Abstract

Un sistema de antena de sintonización automitica de banda ancha para la recepción de señales de VHF/UHF incluye elementos de antena planar localizados en las superficies de un tablero de circuito impreso y una unidad de sintonización que incluye una pluralidad de redes de acoplamiento para la respectiva pluralidad de bandas de frecuencias. Los elementos planares en las respectivas superficies del tablero de circuito impreso son sustancialmente idénticos en forma.

Description

SISTEMA DE ANTENA PLANAR DE SINTONIZACIÓN AUTOMÁTICA DE VHF/UHF CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas de antena para recibir señales de transmisión tales como señales de televisión. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas convencionales de antena de televisión generalmente incluyen dos antenas separadas para recepción respectiva de VHF y UHF. La antena para recibir las bandas de VHF emplea un par de elementos telescópicos que forman un dipolo con cada uno de los elementos que tienen una longitud máxima de 1.5 a 2.5 m. Los dos elementos comúnmente están montados'para permitir que los elementos se separen para incrementar o reducir la longitud del dipolo y esos elementos se denominan comúnmente "orejas de conejo". La antena de UHF para interiores comúnmente es un bucle que tiene un diámetro de aproximadamente 20 cm. Un problema asociado con los sistemas de antena convencionales para interiores es que la dimensión física del dipolo de VHF es inconvenientemente larga para la disposición común en una sala y que la longitud así como la dirección de los elementos del dipolo se puede tener que ajustar dependiendo de los canales que se reciban. El segundo problema es que el funcionamiento de tales antenas convencionales para interiores de VHF/UHF cambia en respuesta a cambios de las condiciones físicas alrededor de los elementos de la antena. Por ejemplo, es difícil para un usuario realizar el ajuste adecuado para las antenas ya que un cuerpo humano que hace contacto con una antena cambia las condiciones electromagnéticas asociadas con los elementos de la antena. El tercer problema es que los sistemas convencionales de antenas para interiores no siempre proporcionan un nivel de señal suficiente para una buena recepción. Existe una necesidad para un sistema de antena que incluye antenas de tamaño compacto que sean capaces de recibir un nivel suficiente de señales a través de todas las bandas de transmisión de VHF/UHF de frecuencias sin ningún ajuste físico. Adicionalmente, se necesita una sistema de antena que se pueda usar en aplicaciones para interiores o exteriores. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De conformidad con la presente invención, un sistema de antena para recibir señales de transmisión de VHF/UHF comprende una antena planar y una unidad de sintonización que incluye una configuración de sintonización. Un amplificador controlable por ganancia puede estar incluido en la unidad de sintoniz.a_c.ion s es necesario. La antena planar incluye un par de elementos de antena que son sustancialmente idénticos en forma. Estos elementos esUfe localizados en las respectivas superficies de un tablero dieléctrico. La configuración de sintonización incluye una pluralidad de redes de acoplamiento para la respectiva pluralidad de bandas de frecuencias de transmisión. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos: La Figura 1, ilustra una modalidad de los aspectos del sistema de antena planar divulgado que incluye una antena planar y una unidad sintonizadora que incluye una configuración de sintonización y un amplificador controlable por ganancia; La Figura 2, ilustra una aplicación ejemplar para el uso del sistema de antena planar; La Figura 3, ilustra otra aplicación ejemplar para el uso del sistema de antena planar; La Figura 4, ilustra una vista superior de una modalidad de la antena planar; La Figura 5, ilustra una vista en fondo de la modalidad de la antena planar mostrada en la Figura 4; La Figura 6, ilustra características de relación de amplitud de onda estacionaria en tensión (50 - 800 MHz) de la modalidad de la antena planar; La Figura 7, ilustra un patrón de radiación de la modalidad de la antena planar en una de las frecuencias de canal de televisión VHF de banda baja (67.25 MHz); y Las Figuras 8-10 son diagramas esquemáticos de una modalidad de los aspectos de la unidad sintonizadora descrita que incluye una pluralidad de redes de acoplamiento seleccionables y un amplificador controlable por ganancia controlado por una configuración de control de ganancia automática incluida. En las diferentes figuras, los elementos iguales o similares mostrados se identifican por los mismos números de referencia. DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA En esta aplicación , el término "aparato de televisión" se usa para describir cualquier aparato de televisión que incluya por lo menos un sintonizador de televisión (tal como receptores de televisión, grabadoras de cintas de vídeo, etc.). La Figura 1, ilustra un sistema de antena planar de VHF/UHF que incluye los aspectos de la presente invención. El sistema de antena planar incluye una antena planar 10 y una unidad de sintonización 30. La antena planar 10 y la unidad de sintonización 30 están acopladas por un cable coaxial 20. Con respecto a esta modalidad ejemplar, la impedancia característica del cable coaxial 20 es 75 ü. La unidad de sintonización 30 incluye la configuración de sintonización 31 y el amplificador controlable por ganancia 33. El amplificador controlable por ganancia 33 es opcional y puede no estar incluido en la unidad de sintonización 30 cuando las señales de transmisión de televisión sean suficientemente fuertes. La configuración de sintonización 31 incluye una pluralidad de redes de acoplamiento de impedancia 610 (por ejemplo, filtros de paso de banda) para la respectiva pluralidad de bandas de frecuencias de transmisión (ver detalles en la Figura 8). El controlador remoto de infrarrojo (IR) común 40 se usa para seleccionar las redes de acoplamiento en la unidad de sintonización 30 y los canales para el aparato de televisión 50 simultáneamente. Por supuesto, un controlador remoto de infrarrojo separado se puede utilizar para seleccionar una red de acoplamiento adecuada de manera automática mediante una configuración de control de ganancia automática incluida (ver los esquemas en las Figuras 8-10). La Figura 2 ilustra una de las aplicaciones para uso en interiores del sistema de antena planar. Aquí la antena planar 10 está localizada dentro de la caja de la antena planar 11 que está hecha de materiales dieléctricos. La caja de la antena 11, incluyendo la antena planar 10, cuelga en la pared mientras que la unidad de sintonización 30 está colocada en la parte superior del aparato de televisión 50. El cable coaxial 20 se usa para acoplar entre la antena planar 10 y la unidad de sintonización 30. La caja de la antena 11 puede estar diseñada para que sea impermeable al agua para usos en exteriores. La Figura 3, ilustra otra aplicación para el uso del sistema de antena planar. Aquí la unidad de sintonización 30 está colocada abajo de la caja de la antena 11 que está colocada en la parte superior del aparato de televisión 50. Las Figuras 4 y 5 ilustran vistas respectivas superior e inferior 100, 200 de la antena planar 10. Los elementos de antena de la antena planar 10 son diferentes de los de las antenas de bucle o dipolo (orejas de conejo) tradicionales en muchos aspectos. En particular, los elementos se desarrollan con base en técnicas de micro banda y los patrones únicos de los elementos permiten que el sistema de antena planar proporcione recepción omnidireccional de las señales de televisión como se puede observar en el patrón de radiación característico de la antena que se muestra en la Figura 7. Por lo tanto, no es necesario ajustar la dirección de la antena una vez que se instaló. Se considera que esta característica omnidireccional en la plataforma horizontal resulta del hecho de que la mayoría de la corriente de radio frecuencia fluye a lo largo de los bordes de cada uno de los elementos de la antena planar. Con referencia a la modalidad ejemplar mostrada en las Figuras 4 y 5, los elementos de antena están grabados directamente en un tablero de circuito impreso (PCB) tal como el modelo Laminado de Frecuencia Media "MC3D", fabricado por Glasteel Industrial Laminates (tablero de circuito impreso de doble lado de 0.15 cm de espesor, con constante dieléctrica de 3.53 +/- 0.08). La dimensión del tablero de circuito impreso es aproximadamente 30 x 30 cm. Ambos elementos de antena, VHF y UHF están formados en cada lado del tablero de circuito impreso, y los elementos de VHF y UHF en un lado son sustancialmente idénticos en forma, a los elementos de VHF y UHF respectivos en el otro lado del tablero de circuito impreso. Además, los primeros están girados 90 grados con respecto a los últimos. Los elementos de antena de VHF tienen una configuración de forma "H" única. El elemento de antena en cada extremo de la forma "H" ese de aproximadamente 6.5 cm de ancho x 30 cm de largo. Ambos extremos de la forma "H" están conectados juntos con aproximadamente 2.5 cm de ancho por 17.5 cm de largo de línea de transmisión de micro banda para completar la forma "H". Como se describió anteriormente, los dos elementos de VHF en forma de "H" en los lados respectivos del tablero de circuito impreso son sustancialmente idénticos en forma, y el elemento de VHF en el lado superior gira 90 grados del que está en el lado inferior del tablero de circuito impreso. Cada uno de los elementos de la forma "H" para señales VHF está formado como una combinación de las siguiente tres regiones separadas (los números de referencia para las respectivas regiones correspondientes en el lado inferior se muestran en el paréntesis): © región principal en forma de "S" 120 (220); F primer región complementaria 150 (250); y (3) segunda región complementaria 160 (260). La primer región complementaria 150 (250) es aproximadamente 6.5 cm de ancho por 13.7 cm de longitud y está separada de la región principal 120 (220) por un espacio de aproximadamente 2.5 mm. La primer región complementaria 150 (250) está acoplada eléctricamente a la región principal 120 (220) a través del inductor 151 (251), por ejemplo el inductor de circuito integrado montado en superficie de Q alto de 100 µH. Se ha encontrado que esta configuración extiende la longitud eléctrica efectiva de la región principal 120 (220). La segunda región complementaria 160 (260) es sustancialmente idéntica a la primer región complementaria 150 (250) en dimensiones. La segunda región complementaria 160 (260) está acoplada a la región principal 120 (220) a través del capacitor 161 (261 ) , por ejemplo, el capacitor de circuito integrado montado en superficie de 15 pF. Se ha encontrado que la segunda región complementaria 160 (260) acoplada vía los capacitores 161 (251 ) mejora significativamente las características totales de relación de amplitud de onda estacionaria en tensión (VSWR) de la antena planar para la banda de frecuencias de televisión de VHF (50 - 88 MHz). Hay una región reflectora 140 sólo en el lado superior del tablero de circuito impreso. La región reflectora 140 funciona como un reflector para la primer región complementaria 150. Se ha encontrado que la región reflectora 140 mejora el desempeño total de la antena planar en la banda de frecuencias de televisión de U H F superior (174 - 216 MHz) . Los elementos de antena de U H F 170, 270 también presentan una configuración en forma de "H" y están formados en los lados respectivos del tablero de circuito impreso. Como se describió anteriormente, estos dos elementos de U H F también son sustancialmente idénticos en forma , y uno gira 90 grados del otro. Cada extremo del elemento de forma de "H" tiene una forma cuadrada y es aproximadamente 6.5 cm de ancho por 6.5 cm de longitud . Los dos extremos están conectados juntos con aproximadamente 2.5 cm de ancho por 3.8 cm de longitud de línea de transmisión de micro banda para formar la configuración de forma de "H". El elemento de UH F 170 (270) está acoplado a aproximadamente el punto m M¡j¿ : d e , a ''n e a d e transmisión de micro banda del elemento de VH F %^ (220) a través del inductor 171 (271), por ejemplo, el inductor de circuito integrado montado en superficie de Q alto de 100 µH. El lado superior del tablero de circuito impreso también incluye una región de plano a tierra 130. La región de plano a tierra 130 tiene una forma cuadrada y es aproximadamente 6.5 x 6.5 cm. El conector hembra "F" 131 está localizado en la región de plano a tierra 130. Los pies (línea a tierra) del conector 131 están conectados a la región de plano a tierra 130 y, al perforar a través del tablero de circuito impreso, otra región de plano a tierra 230 en el lado inferior del tablero de circuito impreso. La dimensión de la región de plano a tierra 130 es aproximadamente 6.5 cm de ancho por 16.5 cm de longitud. La línea de señal del conector 131 está conectada a la línea de transmisión de señales 132 formada en el lado superior del tablero de circuito impreso. Se ha encontrado que ambas regiones de plano a tierra 130, 230 contribuyen a la estabilización del funcionamiento total del sistema de antena planar independientemente de los cambios de las condiciones físicas alrededor de la antena planar. Como se muestra en la Figura 4, un transformador equilibrado -desequilibrado 4:1 133 está colocado en el lado superior del tablero de circuito impreso para acoplamiento de impedancia entre los elementos de la antena planar y el cable coaxial 20. Los extremos del primer devanado del transformador 133 están acoplados a los extremos respectivos del punto de conexión 136 y la región de conexión 134. El punto de conexión 136 está colocado aproximadamente en la mitad de la línea de transmisión de los elementos de VHF 120. La región de conexión 134 está conectada al punto de conexión 234 del elemento de VHF 220 en el lado inferior vía dos orificios a través. Los extremos del segundo devanado están acoplados a la línea de transmisión 132 y el plano a tierra 130. El capacitor de acoplamiento135 (4 pF) está acoplado entre el centro del segundo devanado y el plano a tierra130 para mejor acoplamiento de impedancia. Alternativamente, un capacitor variable (2-6 pF) puede estar acoplado entre los dos extremos del segundo devanado como se muestra en la Figura 8. Otras características de la antena planar son que a diferencia de las antenas de micro banda convencionales, no hay región de plano a tierra plana en el lado inferior del tablero de circuito impreso, que cubre completamente la región abajo de los elementos de antena formados en el lado superior del tablero de circuito impreso. Con respecto a las antenas de micro banda convencionales, el ancho de banda de estas antenas es proporcional a la distancia entre los elementos de antena en una superficie y la región de plano a tierra plana en el otro lado del substrato usado (es decir, el espesor del substrato). Se ha encontrado que la eliminación de este tipo de región de plano a tierra plana contribuye a la característica de banda ancha de la antena planar. Como una referencia, ver Munson, Robert E., "Antenas de Micro Banda" en el Antena Enoineering Handbook (Manual de Ingeniería de Antenas) (3era edición) (McGraw Hill, 1993).

La Figura 8 muestra el diagrama esquemático de una porción de la unidad de sintonización 30 que incluye una pluralidad de redes de acoplamiento. En cuanto a esta modalidad ejemplar particular, se utilizan cinco filtros de paso de banda 610 (BPF) como redes de acoplamiento, y están previamente sintonizados a cinco bandas diferentes respectivas de frecuencias de transmisión . Son las siguientes: VH F 1 : 54 - 72 MHz (Canales 2 a 4 en los Estados Unidos de Norteamérica) VH F 2 : 76 - 88 MHz (Canales 5 a 6 en los Estados Unidos de Norteamérica) VH F 3: 174 -192 MHz (Canales 7 a 9 en los Estados Unidos de Norteamérica) VH F 4: 192 - 216 M Hz (Canales 10 a 13 en los Estados Unidos de Norteamérica) U H F: 470 - 800 M Hz (Canales de U H F en los Estados U nidos de Norteamérica) Como se muestra en las Figuras 8- 10, la selección de banda se va a hacer de conformidad con los canales de recepción. Un usuario selecciona una banda adecuada usando un controlador remoto de I R. Sin embargo, esta selección se puede hacer automáticamente en respuesta al nivel de la señal de control de ganancia automática (AGC) para el ampl ificador controlable por ganancia 33a. La señal de control de ganancia automática funciona para reducir la ganancia del amplificador 33a cuando se selecciona una red de acoplamiento adecuada para un canal de recepción . Mediante la configuración de control de ganancia automática , el nivel de la señal de salida de la unidad de sintonización 30 se mantiene a un nivel predeterminado deseable, independientemente de la variación de la fuerza de las señales de televisión recibidas a través de una banda entera de frecuencias. En la modalidad ejemplar mostrada en las Figuras 8 y 9, la configuración de control de ganancia automática incluye el amplificador controlable por ganancia 33a ; la etapa del amplificador de señales 720; el divisor de señales 710; el rectificador de CD 730; y los circuitos de compensación de voltaje de desplazamiento de CD 750. Se ha encontrado que una combinación de una pluralidad de filtros de paso de banda de extremo frontal seleccionable 610ylasubsecuente configuración de control de ganancia automática hace que el control de ganancia automática opere adecuadamente a través de las bandas enteras frecuencias de televisión de VH F/U H F (50 - 800 MHz) . Para un ajuste más rápido del amplificador 33a, se puede usar un microprocesador para controlar la ganancia del amplificador 33a junto con una memoria que almacena inferior en los niveles deseables de control de ganancia automática para canales de transmisión respectivos. Además, la unidad de sintonización 30 puede incluir adicionalmente un interruptor de selección de señales de radio frecuencia que permite a un usuario seleccionar entre las señales de radio frecuencia de la antena planar y las de otras fuentes de señales (por ejemplo, un plato de satélite, cable, grabadora de cintas de vídeo, etc.). En la Figura 10, la configuración del sensor remoto infrarrojo 800 incluye el receptor de señales de infrarrojo 830, el microprocesador 810, el multiplexor 850, cinco diodos emisores de luz (LED) y dos interruptores controlados manualmente R, L. El LED1 , LED2, LED3, LED4 y LED5 indican las selecciones de las bandas respectivas de cinco bandas diferentes de frecuencias de transmisión, a saber VH F- 1 , VH F-2 , VH F-3, VH F-4 y U H F en la Figura 8. Es decir, los cinco LED indican las selecciones de uno de los cinco diferentes BPF 610. Por ejemplo, el LED1 se enciende cuando se selecciona el BPF para VH F-1 . Los interruptores manuales R, L funcionan como interruptores "arriba-abajo" para la selección de banda de manera que un usuario sin un controlador remoto pueda todavía seleccionar bandas adecuadas de frecuencias.

El receptor de IR 830 acoplado al microprocesador 810 recibe señales de IR del controlador remoto. Entonces, el microprocesador 810 genera señales de control. En respuesta a las señales de control , el m u ltiplexor 850 acoplado al microprocesador 810 envía señales de selección de banda A . B. C. D. E a diodos de PI N respectivos D 1 , D2 , D3, D4 y D5. Aquí, el multiplexor 850 funciona como una pluralidad de interruptores analógicos controlados digitalmente. La configuración de suministro de energía 840 incluye dos reguladores de voltaje 870, 890. Aunque la invención se ha descrito con referencia a una modalidad preferida, se comprende que las palabras que se han usado en la presente son una descripción, más que limitación . Los expertos en la técnica pueden considerar numerosas alteraciones o modificaciones del sistema de antena de la presente invención sin apartarse del espíritu y alcance de la invención y los principios y aspectos de la misma. Por ejemplo, el sistema de antena planar se puede usar no sólo para recibir señales de televisión analógicas y/o digitales sino también para recibir señales de datos o audio analógicas y/o digitales.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES l . Un aparato de sintonización para recibir señales de VHF/UHF, que comprende: un substrato dieléctrico que tiene primera y segunda superficies en las cuales se encuentran primer y segundo patrones conductivos respectivamente; tales primer y segundo patrones conductivos forman primer y segundo elementos de antena respectivamente; y tales primer y segundo elementos de antena son sustancialmente idénticos en forma.
2. 2. La antena planar de la reivindicación 1 , en donde: el primer elemento de antena está girado sustancialmente 90 grados con respecto al segundo elemento de antena.
3. 3. La antena planar de la reivindicación 1 , en donde: cada uno de dichos primer y segundo patrones conductivos forman una pluralidad respectiva de elementos de antena.
4. 4. La antena planar de la reivindicación 1 , en donde: cada uno de dichos primer y segundo patrones conductivos forman adicionalmente regiones de plano a tierra respectivas.
5. 5. La antena planar de la reivindicación 1 , en donde: los elementos de antena están formados en la primera y segunda superficies en los respectivos primer y segundo patrones para proporcionar una recepción sustancialmente omnidireccional de una señal de televisión .
6. 6. La antena planar de la reivindicación 1 , en donde: cada uno de los primer y segundo patrones incluye elementos que forman respectivos primero y segundo patrones en forma de H.
7. 7. Un sistema de antena planar para recibir señales de VHF/UHF que comprende: una antena planar que incluye un substrato dieléctrico que tiene primera y segunda superficies; dichas primera y segunda superficies tienen primero y segundo patrones conductivos respectivos; los mencionados primero y segundo patrones conductivos forman primero y segundo elementos respectivos de antena; los mencionados elementos de antena son sustancialmente idénticos en forma; un amplificador para amplificar señales recibidas por tales elementos de antena; medios de control para controlar la ganancia de tal amplificador en respuesta al nivel de dichas señales recibidas; y una pluralidad de redes de acoplamiento para proporcionar acoplamiento de impedancia entre tales elementos de antena y dicho amplificador en la respectiva pluralidad de bandas de frecuencias. (54) Título: SISTEMA DE ANTENA PLANAR DE SINTONIZACIÓN AUTOMÁTICA DE VHF/UHF (57) Resumen: Un sistema de antena de sintonización automática de banda ancha para la recepción de señales de VHF/UHF incluye elementos de antena planar localizados en las superficies de un tablero de circuito impreso y una unidad de sintonización que incluye una pluralidad de redes de acoplamiento para la respectiva pluralidad de bandas de frecuencias. Los elementos planares en las respectivas superficies del tablero de circuito impreso son sustancialmente idénticos en forma.