RU2395876C2 - Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником - Google Patents

Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником Download PDF

Info

Publication number
RU2395876C2
RU2395876C2 RU2008119950/09A RU2008119950A RU2395876C2 RU 2395876 C2 RU2395876 C2 RU 2395876C2 RU 2008119950/09 A RU2008119950/09 A RU 2008119950/09A RU 2008119950 A RU2008119950 A RU 2008119950A RU 2395876 C2 RU2395876 C2 RU 2395876C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
transistor
winding
radio
ferrite core
Prior art date
Application number
RU2008119950/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008119950A (ru
Inventor
Константин Станиславович Крылов (RU)
Константин Станиславович Крылов
Жаехо ЛИ (KR)
Жаехо ЛИ
Янг Жин КИМ (KR)
Янг Жин КИМ
Сеунгхван КИМ (KR)
Сеунгхван КИМ
Санг-Ха ЛИ (KR)
Санг-Ха ЛИ
Original Assignee
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." filed Critical Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority to RU2008119950/09A priority Critical patent/RU2395876C2/ru
Priority to KR1020090023591A priority patent/KR101560836B1/ko
Priority to US12/433,180 priority patent/US8054235B2/en
Priority to EP09160513.9A priority patent/EP2124293B1/en
Priority to JP2009123372A priority patent/JP4891368B2/ja
Publication of RU2008119950A publication Critical patent/RU2008119950A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2395876C2 publication Critical patent/RU2395876C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core

Landscapes

  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Structure Of Receivers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиотехническим устройствам. Техническим результатом является создание компактной антенны с повышенной чуствительностью. Согласно изобретению активная магнитная антенна с ферритовым сердечником содержит ферритовый стержень с обмоткой, образующие рамочную магнитную антенну, которая соединена с малошумящим транзистором, выполненным с возможностью усиления сигнала рамочной магнитной антенны, причем база транзистора соединена непосредственно с одним контактом обмотки, а второй контакт обмотки выполнен с возможностью подачи напряжения смещения на базу транзистора, при этом импеданс рамочной магнитной антенны настроен как комплексно сопряженный с импедансом базы транзистора малошумящего усилителя, а обмотка выполнена с возможностью устранения собственных резонансов в рабочей полосе частот. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехническим устройствам, а более конкретно, к активным антеннам магнитного типа с ферритовым сердечником, предназначенным для использования в малогабаритных медийных цифровых радиоприемниках, принимающих сигналы цифрового видео- и радио- вещания (Digital Video Broadcasting - DVB и цифрового медийного радиовещания Digital Media Broadcasting - DMB) в диапазонах метровых (MB или VHF) и дециметровых (ДМВ или UHF) длин волн.
В настоящее время происходит бурное развитие цифровых широковещательных стандартов, таких как DVB и DMB. Цифровые широковещательные сети стремительно замещают аналоговое телевидение и радио с MB (VHF) и ДМВ (UHF) частотных диапазонов.
Подавляющее большинство производителей малогабаритных цифровых мультимедийных приемников используют телескопическую антенну в качестве основного технического решения. Данный тип антенн хорошо известен и широко применяется для приема ТВ и FM радио в переносных приемниках.
Один из недостатков телескопических антенн заключается в том, что при компактных размерах в режиме транспортировки они имеют относительно большую длину в рабочем режиме. Иногда, для радиоприемников, особенно работающих диапазоне MB (например, в диапазоне MB III - VHF III 170-240 МГц, который в настоящее время используют для стандарта T-DMB в некоторых странах, например, в Республике Корея), длина волны радиовещания слишком велика, и размер оптимальной антенны может доходить до 450 мм, что с точки зрения пользователей неприемлемо для применения в переносных малогабаритных устройствах. Главный недостаток телескопических антенн, встроенных в малогабаритные мультимедийные приемники, заключается в их механической ненадежности в выдвинутом положении. Таким образом, этот тип антенн имеет различные конструкционные решения, но все они одинаково несовершенны с точки зрения большой длинны в режиме приема радиосигнала, и их легко сломать во время использования.
Известны различные технические решения, касающиеся конструкции ферритовых антенн, например решение, описанное в патентной заявке РФ №2006122799 [1], в котором заявляется ферритовая антенна, содержащая генератор накачки, ферритовый стержень с первой и второй приемными катушками, соединенными последовательно, и первый конденсатор, включенный параллельно этим приемным катушкам, отличающиеся тем, что введены катушка индуктивности, выполненная автономно от ферритового стержня, первый вывод которой подключен к точке соединения первой и второй приемных катушек, полупроводниковый диод, анод которого соединен со вторым выводом катушки индуктивности, транзистор, коллектор которого подключен к катоду полупроводникового диода, а эмиттер соединен с общей точкой, катушка индуктивности связи, соединенная с генератором накачки и магнитосвязаная с катушкой индуктивности, а также цепь коммутации, состоящая из резистора, первый вывод которого подсоединен к первому выводу катушки индуктивности, а второй его вывод подключен к базе транзистора и второго конденсатора, включенного между базой транзистора и общей точкой. Это решение отличается повышенной сложностью настройки.
Наиболее близкой к заявленному изобретению является активная магнитная антенна с ферритовым сердечником, описанная в выложенной патентной заявке США №2007/0222695 [2]. Основная концепция электрической схемы данной активной антенны с ферритовым сердечником показана на Фиг.1.1 (схема на Фиг.1.1 концептуально представляет схему на Фиг.3 прототипа [2]). Главным компонентом антенны является ферритовый сердечник 1 с двумя обмотками, которые образуют рамочную магнитную антенну. Одна обмотка 2 соединена непосредственно с базой транзистора 5 малошумящего усилителя (МШУ) (базой она является для биполярного транзистора, а для полевого транзистора затвором) и составляет вместе с его паразитной емкостью базы Ср первый резонансный контур в точке высокочастотного питания антенны. Второй магнитно-связанный с первым резонансный LC контур 3 содержит вторую обмотку и подстроечный конденсатор. Данная двухрезонансная схема антенны применяется в большинстве компактных приемников и позволяет получить узкополосную антенну, которую широко применяют для преселекции рабочей частоты или настройки радио канала по частоте. Полоса частот этой антенны определяется добротностью перестраиваемого контура 3, добротностью контура 2 высокочастотной запитки антенны, параметрами транзистора 5 и коэффициентом связи между ними. Описанная антенна имеет рабочую полосу частот порядка 10 ~20 kHz по уровню половинной мощности, и поэтому ее можно использовать в аналоговых AM радиоприемниках для приема длинных, средних и коротких радиоволн. Данная антенна выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.
Серьезным недостатком магнитной антенны с ферритовым сердечником прототипа [2] при ее использовании в цифровых приемниках, особенно в диапазонах MB и ДМВ, является узкополосность, а главный недостаток всех ферритовых антенн - это сложность согласования их импедансов с входом приемника в широкой полосе частот, что создает препятствия для использования данных антенн в цифровых радиоприемниках.
Для приема цифрового канала, такого как DMB или DVB, ширина рабочей полосы частот антенны должна быть не менее 6~8 МГц. Главный недостаток ферритовых антенн проявляется еще больше в случае, если возникает необходимость получить антенну для всего диапазона частот заданного стандарта вещания; например в стандарте T-DMB это будет 66 МГц от 174 до 240 МГц, а ширина полосы частот 392 МГц будет в DVBH стандарте 470-862 MHz. Для такого широкого диапазона частот (более 30%) антенна, которая удовлетворяет этому требованию, может быть определена как UWB.
Кроме того, математическое моделирование описанной выше двухрезонансной узкополосной антенны прототипа с помощью программы HFSS показывает, что она не имеет преимуществ в коэффициенте усиления в сравнении с нерезонансной ферритовой антенной; ее рабочий диапазон частот определяется уменьшением коэффициента усиления антенны вне зоны резонанса, и все попытки расширить ее рабочую полосу частот приводят к уменьшению усиления.
Задачей заявленного изобретения является создание более компактной активной магнитной антенны с ферритовым сердечником с увеличенной чувствительностью (способной принимать широкополосный цифровой сигнал), которая по характеристикам не уступает большой телескопической антенне.
Поставленная задача решена путем создания активной магнитной антенны с ферритовым сердечником, содержащей ферритовый стержень с обмоткой, образующие рамочную магнитную антенну, которая соединена с малошумящим транзистором, выполненным с возможностью усиления сигнала рамочной магнитной антенны, причем база транзистора соединена непосредственно с одним контактом обмотки, а второй контакт обмотки выполнен с возможностью подачи напряжения смещения на базу транзистора. При этом такая конструкция отличается от прототипа [2] тем, что импеданс рамочной магнитной антенны настроен как комплексно сопряженный с импедансом базы транзистора малошумящего усилителя, а обмотка не имеет собственных резонансов в рабочей полосе частот.
Для функционирования антенны важно, чтобы рамочная магнитная антенна была установлена на РСВ таким образом, что ее ферритовый стержень имел элетромагнитную взаимосвязь с рукой пользователя радиоприемника.
Для функционирования антенны важно, чтобы импеданс рамочной магнитной антенны был настроен как комплексно сопряженный с импедансом базы транзистора малошумящего усилителя за счет изменения числа витков рамочной магнитной антенны и/или тока коллектора транзистора малошумящего усилителя.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание активной магнитной антенны с ферритовым сердечником с более компактными размерами, а также с увеличенной чувствительностью (способной принимать широкополосный цифровой сигнал) за счет устранения резонансов в схеме антенны во всем рабочем диапазоне частот путем устранения LC резонансного контура и за счет комплексного сопряжения импеданса рамочной магнитной антенны (ферритового сердечника с обмоткой) с входным импедансом транзистора, входящего в состав антенны, и при этом обмотка подключена к транзистору непосредственно, а также за счет размещения антенны в корпусе радиоприемника таким образом, что рука пользователя становится дополнительной пассивной антенной.
Представленная в заявленном изобретении антенна с ферритовым сердечником позволяет создать компактное портативное мультимедийное устройство для приема цифровых видео- или цифровых мультимедийных радиовещательных сигналов в MB и ДМВ диапазонах длин волн.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.
Фиг.1.1 - Электрическая схема активной магнитной антенны-прототипа с ферритовым сердечником.
1 - ферритовый сердечник рамочной магнитной антенны,
2 - Lant-обмотка рамочной магнитной антенны,
3 - LC резонансный контур, который образован второй обмоткой антенны и конденсатором переменной емкости для перестройки антенного резонанса,
5 - малошумящий транзистор Q1, который является основным активным компонентом MШУ(LNA).
Фиг.1.2 - Электрическая схема активной магнитной антенны с ферритовым сердечником, выполненная согласно изобретению.
1 - ферритовый сердечник рамочной магнитной антенны,
2 - Lant обмотка рамочной магнитной антенны,
4 - защитный диод D1, предназначенный для электростатической защиты транзистора (Electro-Static Discharge - ESD),
5 - малошумящий транзистор Q1, который является основным активным компонентом MШУ(LNA),
6 - согласующая цепь на выходе активной антенны,
7 - RF выход активной антенны.
Фиг.2 - Диаграмма Смита, отображающая основной принцип согласования входа рамочной магнитной антенны между ферритовым сердечником антенны и базой транзистора в точке А на Фиг.1.
8 - выходной импеданс рамочной магнитной антенны,
9 - импеданс входа малошумящего усилителя на базе транзистора.
Фиг.3 - Схема размещения заявленной активной магнитной антенны с ферритовым сердечником внутри портативного мультимедийного устройства со встроенным цифровым радиоприемником, предназначенным для приема цифрового видео- или мультимедийного радиовещательного сигнала.
10 - корпус портативного мультимедийного устройства
11 - жидкокристаллический дисплей и область установки цифровой части схемы портативного мультимедийного устройства.
12 - основная печатная плата (РСВ - Printed Circuit Board) портативного мультимедийного устройства.
13 - аналоговая часть заявленной активной магнитной антенны, расположенная на основной РСВ.
14 - аналоговая часть цифрового приемника, расположенная на основной РСВ.
15 - рамочная магнитная антенна.
16 - аналоговая часть других RF приемников, которая может быть использована в устройстве.
17 - Рука пользователя, держащая портативное мультимедийное устройство со встроенным цифровым приемником, предназначенное для приема цифрового видео- или мультимедийных радиовещательных сигналов.
18 - Электромагнитная связь между магнитной антенной с ферритовым сердечником портативного мультимедийного устройства со встроенным цифровым радиовещательным приемником и рукой пользователя, которая держит это устройство.
Заявленная активная магнитная антенна содержит транзистор 5 (Фиг.1.2) и соединенную с ним рамочную магнитную антенну, главным элементом которой является ферритовый сердечник 1. Ферритовый сердечник 1 представляет собой ферритовый стержень, подобный тому, что применяются в обычных карманных AM радиоприемниках. Ферритовый материал сердечника 1 антенны отличается от ранее используемых ферритов только сравнительно малыми магнитными и диэлектрическими потерями в диапазонах MB и ДМВ. Обмотка 2 антенны состоит из нескольких витков медной проволоки, намотанной вокруг ферритового сердечника 1. Число витков и шаг намотки зависят от выбранного диапазона частот и параметров материала ферритового сердечника. Например, для TDMB антенны на частотах 174-240 МГц (это диапазон MB или VHF III) использовался ферритовый сердечник диаметром ⌀4 мм и длиной 30 мм; его эффективная диэлектрическая проницаемость была εr=16, а эффективная магнитная проницаемость µr=9 во всем данном диапазоне частот, и для данного сердечника обмотка составила четыре витка с шагом 1 мм.
Описанный в данном решении в качестве примера резонансный контур 3 (Фиг.1.1) показывает типовую схему ферритовой антенны, которую использовали до данного изобретения и не применяют в заявляемой антенне.
Одна клемма обмотки 2 рамочной магнитной антенны подключена непосредственно к базе транзистора 5 в точке А на Фиг.1.2. Этот транзистор образует одновременно малошумящий и трансимпедансный усилитель. Вторая клемма обмотки 2 рамочной магнитной антенны подключена к источнику питания базы транзистора в точке В. Таким образом управление транзистором осуществляется через обмотку рамочной магнитной антенны 2 и рамочная магнитная антенна соединена непосредственно с базой транзистора в точке А без применения согласующих цепей и соответственно без потерь в них. Обмотка 2 рамочной магнитной антенны шунтирована в точке В на землю через конденсатор СG по высокой частоте (RF), его емкость должна быть достаточно большая для шунтирования радиосигнала на нижней частоте рабочего диапазона. Точка В также шунтирована на землю через специальный ESD диод 4, который защищает транзистор от высокого электростатического напряжения и от высокого напряжения электромагнитного сигнала, индуцированного на клеммах антенны, но в то же время ESD диод 4 не оказывает влияния на импеданс антенны и транзистора в точке А на радиочастотах.
Следующая часть схемы на Фиг.1 выглядит традиционно для радиоусилителя (RF).
На коллектор транзистора подается питание через индуктивность Lc, усиленный радиосигнал снимают с транзистора через блокировочный конденсатор CBL и затем (в случае необходимости) согласуют с 50-омным RF выходом 7 с помощью согласующей цепи 6. Ток коллектора транзистора 5 и его напряжение смещения задают путем подбора соответствующих сопротивлений RB1, RB2 и RC, используя известные вычислительные и моделирующие методы. Величина тока коллектора и входной импеданс транзистора как взаимозависимые являются наиболее важными характеристиками схемы усилителя и им необходимо уделить больше внимания при настройке и разработке данной активной антенны.
Корректное проведение измерений импеданса в точке А является серьезной проблемой, также как и корректное математическое моделирование. Это связано со спецификой портов у измерительных приборов, так как они имеют стандартные входные импедансы, обычно это 50 Ом иногда 75 или 100 Ом, и когда тестовый порт подключают к схеме усилителя в точке А на Фиг.1.2 с высоким импедансом, то это существенно изменяет характеристики усилителя. Моделирование электрической схемы на Фиг.1.2 также имеет проблемы с корректностью и это связано с тем, что S-параметры транзистора, который используется в модели устройства, обычно измеряют при помощи анализатора цепей с измерительными портами 50 Ом. Обмотка антенны 2 с ферритовым сердечником 1 является пассивным компонентам и процедура измерения S-параметров не имеет сложностей, вызываемых влиянием тестовых портов.
Основная концепция и принцип согласования представлены на диаграмме Смита (см. Фиг.2).
Выходной импеданс антенны 8 на Фиг.2 с ферритовым сердечником настраивают с помощью обмотки 2 путем изменения числа витков, шага намотки и изменения ее положения на ферритовом сердечнике 1 относительно его центра.
Входной импеданс 9 транзистора в точке А настраивают путем изменения тока коллектора. Обычно, транзистор обладает таким входным импедансом, как на Фиг.2, когда величина тока коллектора сравнительно мала по сравнению с его оптимальным 50-омным рабочим режимом. Соответственно, коэффициент усиления такого усилителя будет намного меньше относительно его номинального на той же частоте.
Импедансы 8 и 9 необходимо настраивать совместно для достижения комплексно-сопряженных импедансов. Таким образом, возможно достигнуть наилучшего согласования между антенной и MШУ(LNA) в точке А; это наиболее важный параметр, который влияет непосредственно на чувствительность цифрового приемника, а в то же время коэффициент усиления самого усилителя не оказывает какого-либо заметного влияния на приемник.
Макетирование активной ферритовой антенны и ее измерение показало, что проводить настройку антенны необходимо в безэховой камере, когда тестируемая антенна подключена к цифровому приемнику, который работает и принимает тестовый радиосигнал, посылаемый специальным тестовым генератором через измерительную антенну. Уменьшая уровень мощности излучаемого радиосигнала, можно определить порог чувствительности для данного цифрового приемника с данной активной антенной, при котором прием сигнала прекращается.
В заключение необходимо отметить, что для заявляемой активной антенны, подключенной к цифровому приемнику, имеется возможность получить максимальную чувствительность только за счет настройки (изменения числа витков) обмотки 2 рамочной магнитной антенны и регулировки тока коллектора транзистора 5.
На Фиг.3 показан предпочтительный вариант конструкции малогабаритного цифрового приемника с применением активной ферритовой антенны 15, встроенной в его корпус 10. Наиболее оптимальный вариант расположения антенны 15 - это установка ее на РСВ 12 вместе с другими компонентами 13 и 14 приемника, но при этом антенна 15 должна быть расположена как можно дальше от цифровых компонентов приемника, и особенно от жидкокристаллической панели 11, поскольку такая панель является основным источником цифрового шума внутри корпуса приемника. Увеличение электромагнитной связи 18 между рукой 17 пользователя и ферритовой антенной 15 позволяет существенно увеличить апертуру антенны за счет руки пользователя, что в результате увеличит эффективность антенны и как результат чувствительность всего цифрового приемника. Поэтому необходимо поместить антенну 15 в той части корпуса 10 приемника, которая предусмотрена конструктивно для держания рукой или находится как можно ближе к руке 17 пользователя.
Для дополнительного уменьшения паразитного цифрового шума все элементы аналоговой схемы Фиг.1 необходимо располагать компактно на РСВ 12, как отмечено позицией 13, и рядом с ферритовой антенной 15, как показано на Фиг.3. Аналоговый вход цифрового приемника 14 (обычно, это один из выводов специальной радиочастотной (RF) микросхемы) необходимо расположить рядом со схемой МШУ(LNA) 13 и подключить непосредственно к выходу 7 активной антенны или через полосно-пропускающий фильтр.
С точки зрения снижения шума наиболее оптимально расположить аналоговые части цифровых приемников 16 для других стандартов в той же области 12 РСВ, где расположена антенна 15 и МШУ(LNA) 13. Например, это может быть RF часть приемника, дуплексор или антенна для CDMA, GSM, BLUETOOTH и других стандартов.
На Фиг.3 показан вариант наилучшей компоновки радиоприемника заявленной активной магнитной антенны с ферритовым сердечником в корпусе радиоприемника, при которой можно добиться минимизации паразитного цифрового шума, что позволяет значительно повысить чувствительность радиоприемника.
Антенна образована ферритовым сердечником в форме цилиндра или параллелепипеда, его оптимальная длина порядка 20-30 мм, а площадь поперечного сечения порядка 9~20 мм2. Феррит сердечника должен обладать следующими электрическими характеристиками:
- эффективная диэлектрическая проницаемость εr порядка 20;
- действительная магнитная проницаемость µr'≤10;
- диэлектрический tg(δµ) и магнитный tg(δµ) тангенсы угла потерь ферритового материала антенны должны быть<0.1 в требуемом диапазоне рабочих частот.
Эта оптимальная геометрия и параметры ферритового материала сердечника были получены с помощью электромагнитного моделирования с последующими практическими измерениями. Более точные размеры ферритового сердечника можно получить в результате анализа конкретной конструкции приемного устройства.
Основой заявленного изобретения является устранение резонансов в схеме антенны во всем рабочем диапазоне частот (колебательный контур 3 (присутствующий в аналогах заявленного изобретения) на Фиг.1.1 должен быть полностью убран). Импеданс заявленной антенны комплексно сопряжен с входным импедансом малошумящего транзистора 5 на Фиг.1.2, и антенна соединена с транзистором непосредственно. Такая схема позволяет получить высокоомный импеданс (порядка нескольких сотен Ом) на выходе антенны - входе усилителя, а применение согласующей цепи 6 на выходе транзистора позволяет получить на выходе 7 активной антенны импеданс, близкий к 50 Ом.
Рамочная магнитная антенна состоит из ферритового сердечника и имеет одну обмотку. Обмотка антенны имеет от одного до 5~7 витков; число витков зависит от параметров транзистора и материала ферритового сердечника. Обмотку изготовляют стандартными промышленными способами, которые обычно применяют для изготовления катушек индуктивности, в которых либо наматывают проволоку, либо наращивают слой металла. В целом, рамочная магнитная антенна с ферритовым сердечником должна быть выполнена в виде радиокомпонента для поверхностного монтажа на печатную плату с помощью стандартного и дешевого способа SMD. Другие компоненты активной антенны и приемника, такие как транзистор и пассивные компоненты, устанавливают на печатную плату тем же способом рядом с антенной.
Наиболее оптимальной для установки заявленной активной магнитной антенны с ферритовым сердечником на печатную плату (РСВ) является та часть платы, которая предназначена для держания пользователем мультимедийного устройства, что позволяет увеличить плотность потока мощности электромагнитного поля через антенну в результате электромагнитного взаимодействия с рукой. Таким образом, создается эффект косвенного увеличения электрической длины антенны, так как тело человека обладает некоторой проводимостью. Это позволяет использовать тело человека в качестве дополнительной пассивной антенны, особенно эффективной в диапазоне MB и ДМВ длин волн (это примерно эквивалентно диапазону частот 100~1000 МГц).
Полевые испытания на открытом пространстве и исследование антенны в специальной безэховой камере показали улучшение чувствительности приема цифрового сигнала порядка 10 дБ при установке антенны, как описано ранее, по сравнению с установкой в других местах.
Основные преимущества предложенной антенной конструкции достигнуты при помощи использования трех путей оптимизации:
1. Настройки и широкополосного согласования активной магнитной антенны с ферритовым сердечником.
2. Миниатюризации, высокой надежности и механической прочности конструкции.
3. Поиском и использованием альтернативных решений, которые косвенно позволяют увеличить коэффициент усиления антенны.
В аналоговых приемниках для улучшения отношения сигнал/шум или чувствительности к принимаемому сигналу очень важно использовать узкополосный фильтр на входе приемника для селекции несущей частоты (или для ее преселекции). В большинстве конструкций аналоговых приемников магнитная антенна с ферритовым сердечником работает как узкополосный перестраиваемый фильтр. Такие схемные решения существенно отличаются от методов селекции каналов, применяемых в цифровых приемниках.
Селекция по частоте и фильтрация принятого канала в цифровом радиоприемнике осуществляется методами цифровой обработки сигнала (DSP), и это позволяет добиться наилучших результатов в сравнении с аналоговыми приемниками. Поэтому в цифровом приемнике аналоговую входную схему используют только для линейной передачи широкополосных сигналов от антенны к входу микросхемы (integrated circuit - 1С) приемника.
Практическое макетирование и измерения, которые были проведены для описываемой в данном патенте антенны, показали, что она обладает стабильным коэффициентом усиления и высоком отношением сигнал/шум в широком диапазоне частот, достигающем 50% и более.
Размеры ферритового сердечника, используемого для создания предложенной активной антенны, достаточно компактны, порядка 0,017 от длины волны λ в воздухе для стандарта TDMB, это получается всего 30 мм в длину и 4 мм в диаметре. Такой компактный ферритовый сердечник 1 на Фиг.1.2 с обмоткой 2 после специальной промышленной подготовки может быть установлен в качестве единого компонента 15 Фиг.3 на основную печатную плату (printed-circuit-board - РСВ) 12 любого компактного мультимедийного устройства 10 простым и дешевым способом поверхностного монтажа SMD (Surface-Mounted Device). Транзистор и другие компоненты схемы на Фиг.1.2, обозначенные как 13 на Фиг.3, также установливаются на основной РСВ методом поверхностного монтажа на площади, не превышающей 10 мм2, что существенно уменьшает стоимость данной антенны. После установки всех компонентов на печатную плату такая конструкция мультимедийного устройства приобретает механическую прочность, и антенна не выступает за пределы корпуса, что существенно повышает надежность.
Размещать такую магнитную антенну внутри устройства 10 лучше всего как можно дальше от цифровых компонентов и LCD 11 и как можно ближе к руке 17 пользователя. В этом случае тело пользователя увеличивает апертуру антенны 15 и это позволяет существенно (до 10 дБ) увеличить отношение сигнал/шум на выходе антенны. Такой эффект получается в случае, если рука 17 пользователя будет располагаться достаточно близко к антенне 15 и между ними образуется достаточно сильная электромагнитная связь 18.
Таким образом, практические тесты и измерения показали, что использование предложенной конструкции магнитной активной антенны с ферритовым сердечником и ее размещение внутри цифровых малогабаритных приемников позволяет получить компактную встроенную антенну с высокой чувствительностью, способную принимать широкополосный цифровой сигнал. Данная малогабаритная антенна позволяет получить почти такие же характеристики, как и большая телескопическая антенна.
Заявленная активная магнитная антенна с ферритовым сердечником может применяться для создания встроенных антенн, которые предназначены для работы с типовыми цифровыми приемниками стандартов DVB-T/H, T-DMB/DAB и других подобных, внутри:
- Мобильных телефонов,
- МР3 плееров,
- Компактных цифровых телевизоров или DVD плееров,
- Компактных мультимедийных плееров,
- UMPC (Ultra-mobile PC).

Claims (6)

1. Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником, содержащая ферритовый стержень с обмоткой, образующие рамочную магнитную антенну, которая соединена с малошумящим транзистором, выполненным с возможностью усиления сигнала рамочной магнитной антенны, причем база транзистора соединена непосредственно с одним контактом обмотки, а второй контакт обмотки выполнен с возможностью подачи напряжения смещения на базу транзистора, отличающаяся тем, что импеданс рамочной магнитной антенны настроен как комплексно сопряженный с импедансом базы транзистора малошумящего усилителя, а обмотка выполнена с возможностью устранения собственных резонансов в рабочей полосе частот путем изменения параметров катушки антенны на ферритовом сердечнике, а также изменением тока коллектора транзистора малошумящего усилителя.
2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что второй контакт обмотки шунтирован на землю через специальный ESD диод и выполнен с возможностью подачи напряжения смещения рабочей точки транзистора.
3. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один ее элемент установлен на печатной плате радиоприемника.
4. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что все ее компоненты установлены на печатной плате радиоприемника.
5. Антенна по п.4, отличающаяся тем, что рамочная магнитная антенна установлена на печатной плате радиоприемника таким образом, что ее ферритовый стержень имеет элетромагнитную взаимосвязь с рукой пользователя радиоприемника.
6. Антенна по п.4, отличающаяся тем, что печатная плата радиоприемника, на которой она установлена, выполнена с возможностью подключения наушников или любого другого провода, который может служить для радиоприемника внешней пассивной антенной.
RU2008119950/09A 2008-05-21 2008-05-21 Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником RU2395876C2 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008119950/09A RU2395876C2 (ru) 2008-05-21 2008-05-21 Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником
KR1020090023591A KR101560836B1 (ko) 2008-05-21 2009-03-19 페라이트 코어를 갖는 능동형 자성체 안테나
US12/433,180 US8054235B2 (en) 2008-05-21 2009-04-30 Active magnetic antenna with ferrite core
EP09160513.9A EP2124293B1 (en) 2008-05-21 2009-05-18 Active magnetic antenna with ferrite core
JP2009123372A JP4891368B2 (ja) 2008-05-21 2009-05-21 フェライトコアを有するアクティブ磁性体アンテナ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008119950/09A RU2395876C2 (ru) 2008-05-21 2008-05-21 Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008119950A RU2008119950A (ru) 2010-02-27
RU2395876C2 true RU2395876C2 (ru) 2010-07-27

Family

ID=41604319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008119950/09A RU2395876C2 (ru) 2008-05-21 2008-05-21 Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101560836B1 (ru)
RU (1) RU2395876C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546542C1 (ru) * 2013-10-04 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Алсет Веллен" Управляемый преселектор, совмещенный с магнитной ферритовой антенной

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546542C1 (ru) * 2013-10-04 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Алсет Веллен" Управляемый преселектор, совмещенный с магнитной ферритовой антенной

Also Published As

Publication number Publication date
KR101560836B1 (ko) 2015-10-15
KR20090121192A (ko) 2009-11-25
RU2008119950A (ru) 2010-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4891368B2 (ja) フェライトコアを有するアクティブ磁性体アンテナ
US8108021B2 (en) Communications structures including antennas with filters between antenna elements and ground sheets
Valkonen et al. Capacitive coupling element antennas for multi-standard mobile handsets
US9054773B2 (en) Apparatus comprising a broadcast receiver circuit and provided with an antenna
US20120162533A1 (en) Physically small tunable narrow band antenna
TW201108605A (en) Antenna system comprising an electrically small antenna for reception of UHF band channel signals
US20100207832A1 (en) Antenna arrangement, printed circuit board, portable electronic device &amp; conversion kit
JP2004172958A (ja) 整合器
US20060063499A1 (en) VHF band receiver
JP2004320409A (ja) 携帯受信器
US9300273B2 (en) Active band stop filter
RU2395876C2 (ru) Активная магнитная антенна с ферритовым сердечником
US4626862A (en) Antenna having coaxial driven element with grounded center conductor
EP1973196A1 (en) Antenna device and portable radio communication device comprising such antenna device
US7304615B2 (en) Wideband receiving antenna device
EP1850475A1 (en) Antenna device and portable radio communication device comprising such antenna device
JP2010226579A (ja) 多周波受信システム
JP4411354B2 (ja) 複同調回路
WO2008128581A1 (en) Dipole antenna for a portable communication device
EP2355240A1 (en) Antenna device and portable electronic device comprising such an antenna device
JP3967565B2 (ja) Ｎｍｒプローブ及びｎｍｒプローブの調整方法
JP2014030190A (ja) 帯域減衰フィルタ装置および周波数変換装置
WO2009115996A1 (en) Apparatus comprising a broadcast receiver circuit and an antenna and a tuning circuit
Lindberg et al. Internal active antenna for FM radio reception in mobile handsets
JP2008042651A (ja) 通信機器及び共振周波数の調整方法