DE3938510A1 - Antennen-zusatzverstaerkerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennen-Zusatzverstärkerschal­ tung bzw. Antennen-Boosterschaltung in einem Radioempfänger eines Antennen-Diversity-Empfangssystems. In einem Radio­ empfänger, in welchem ein Signal empfangen wird, während sich der Empfänger bewegt, d.h. beispielsweise in einem Radioempfänger, der in einem Fahrzeug und dergleichen ange­ ordnet ist, werden mehrere Antennen vorgesehen, die der Änderung im elektrischen Feld, dem Mehrwegempfang und der­ gleichen des empfangenen Signals angepaßt sind. Die Antenne, welche am meisten bezüglich des Zustands des ankommenden Signals geeignet ist, wird dann automatisch ausgewählt. Diese Systemart wird als Antennen-Diversity-Empfangssystem bezeichnet.

Fig. 5 zeigt einen Radioempfänger, welcher an einem Fahr­ zeug zur Verwendung in dem oben genannten Antennen-Diversity- Empfangssystem vorgesehen sein kann. Zwei Antennen 1 a und 1 b sind im Abstand voneinander angeordnet. Hierzu können sie an der Frontscheibe und der Heckscheibe vorgesehen sein. Eine von jeder Antenne empfangene Radiowelle wird durch entsprechende Antennen-Zusatzverstärkerschaltungen 2 a und 2 b verstärkt und einer Schalteinrichtung 3 zugeleitet zum Auswählen der Antennen im Radioempfänger.

Der Schalterbetrieb der Schalteinrichtung 3 wird durch eine Diversitysteuerschaltung 4 gesteuert, so daß die in bezug auf den Signalempfangszustand bevorzugte Antenne automatisch ausgewählt wird. Die Radiowelle, welche von der ausgewählten Antenne empfangen wird, wird einer Signalempfangseinrichtung 5 zugeleitet, die mit einem Lautsprecher 6 verbunden ist. Die Signalempfangseinrichtung 5 enthält eine Bedienungssteuerung zur Auswahl einer gewünschten Rundfunkstation.

Wie oben schon erwähnt, wird in einem Antennen-Diversity- Empfangssystem die am meisten geeignete Antenne bezüglich des empfangenen Zustandes des Signals aus den mehreren Antennen ausgewählt, so daß die gewünschten frequenzmodu­ lierten (FM) und amplitudenmodulierten (AM) Radiowellen empfangen werden. Mithin ist der Radioempfänger als regu­ läre Last an eine Ausgangsklemme der ausgewählten Antennen- Zusatzverstärkerschaltung angeschlossen. Die Ausgangsklemme der nicht benutzten Antennen-Zusatzverstärkerschaltung ist in der Schalteinrichtung 3 jedoch offen und daher in einem nicht belasteten Zustand. Die Belastungsbedingung in dieser Schaltung kann daher rasch zwischen den ausgewählten und nicht ausgewählten Zeiten der Antenne geändert werden.

Im allgemeinen sind die oben genannten Antennen-Zusatzver­ stärkerschaltungen 2 a und 2 b als gegengekoppelte Verstärker (NFB) ausgebildet, so daß vorbestimmte elektrische Eigen­ schaften, wie beispielsweise Kompensation gegenüber Signal­ dämpfung, Frequenzkennlinien, Eingangs- und Ausgangsimpedanz, Unterdrückung von Störung und dergleichen erreicht werden können. Wenn daher die Phasensicherheit des gegengekoppelten Verstärkers gering ist oder überhaupt keine Phasensicherheit vorhanden ist, wird ein im wesentlichen unbelasteter Zustand bewirkt, so daß die Zusatzverstärkerschaltungen das Bestre­ ben haben, im Betrieb unstabil zu werden, bzw. zu schwingen, wenn der Verstärkungsgrad erhöht wird. Im einzelnen bedeutet eine Phasensicherheit eine Phasendifferenz zwischen einem Phasenwert, der durch den gegengekoppelten Verstärker ver­ schoben wird, und einer Phase einer Schwingungsbedingung der Schaltung, d. h. 360°, bei welcher die Schaltung schwingt. Wenn die Phasensicherheit ausreichend ist, arbei­ tet der Verstärker stabil. Dagegen wird ein Phasenwert durch den gegengekoppelten Verstärker um etwa oder genau 360° verschoben. Der Zusatzverstärker schwingt mithin und ist bestrebt, im Betrieb unstabil zu werden.

Zur Lösung der angesprochenen Schwierigkeiten ist es Aufgabe der im Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 enthaltenen Erfindung, eine Antennen-Zusatzverstärkerschaltung zu schaffen, die im Be­ trieb stabil ist und bei der ein Schwingen selbst dann ver­ mieden wird, wenn der Belastungszustand der Zusatzverstärker­ schaltung beim Umschalten des Betriebs der Antennen rasch ge­ ändert wird.

Die Erfindung wird anhand der Figuren noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Antennen- Zusatzverstärkerschaltung, die ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung ist;

Fig. 2 eine spezielle Ausführungsform einer Zusatzverstärkerschaltung nach der Erfindung;

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsformen für eine Anpaß­ schaltung, die bei der erfindungsgemäßen Antennen-Zusatzverstärkerschaltung verwendet wird und

Fig. 5 ein Schaltbild für den prinzipiellen Aufbau eines Radioempfängers in einem Antennen- Diversity-Empfangssystem.

In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Antennen-Zu­ satzverstärkerschaltung 2 a (2 b) für ein Antennen-Diversity- Empfangssystem dargestellt. Die Zusatzverstärkerschaltung beinhaltet einen gegengekoppelten Verstärker 7 und eine Anpaßschaltung 8, die mit einer Ausgangsklemme des Verstär­ kers verbunden ist und eine Impedanzanpassung im Hinblick auf eine Last, wenn die Antennen-Zusatzverstärkerschaltung ausgewählt ist, durchführt. Die Anpaßschaltung wirkt als Last der Antennen-Zusatzverstärkerschaltung, wenn die Antennen-Zusatzverstärkerschaltung nicht ausgewählt ist.

Die Anpaßschaltung 8 ist in der Weise ausgebildet, daß sie eine Impedanzanpassung bezüglich des gegengekoppelten Ver­ stärkers 7 und der Signalempfangseinrichtung 5 des Radio­ verstärkers in der Fig. 5 durchführt. Demzufolge überträgt die Antennen-Zusatzverstärkerschaltung 2 a (2 b), welche durch die Schalteinrichtung 3 in Fig. 5 ausgewählt wird, wirkungsvoll eine von der Antenne 1 a (1 b) empfangene Radio­ welle auf die Signalempfangseinrichtung 5.

Andererseits erhält die Ausgangsklemme der Antennen-Zusatz­ verstärkerschaltung 2 b (2 a), welche von der Schalteinrich­ tung 3 nicht ausgewählt ist, durch die Schalteinrichtung 3 einen geöffneten Zustand und befindet sich mithin in einem sogenannten nichtbelasteten Zustand. Bei vorliegender Er­ findung besitzt die Anpaßschaltung 8 jedoch eine vorbestimmte Impedanz, die an die Ausgangsklemme der Antennen-Zusatzver­ stärkerschaltung 2 b (2 a) angeschlossen ist. Mithin wirkt die Anpaßschaltung 8 als Last der nichtausgewählten Antennen- Zusatzverstärkerschaltung 2 b (2 a).

Selbst wenn zwischen den Antennen 1 a und 1 b durch die Schalteinrichtung 3 umgeschaltet wird, kommen die Antennen- Zusatzverstärkerschaltungen 2 b und 2 a nicht in einen voll­ ständig unbelasteten Zustand zu dem Zeitpunkt, zu welchem sie nicht ausgewählt sind. Somit werden diese Antennen-Zu­ satzverstärkerschaltungen nicht instabil und schwingen nicht, wie das bei herkömmlichen Schaltungen der Fall ist.

Es ist möglich, die oben genannte Anpaßschaltung 8 gleich­ zeitig als Anpaßschaltung und als Filterschaltung zur Ver­ besserung des Störungsverhaltens zu verwenden, wie im ein­ zelnen noch erläutert wird.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antennen- Zusatzverstärkerschaltung gemäß der Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Schaltungsanteile, die in Fig. 5 gezeigt sind, mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Mit den Bezugsziffern 1 a und 1 b sind Antennen bezeichnet, mit den Bezugsziffern 2 a und 2 b sind Antennen-Zusatzverstärker­ schaltungen bezeichnet, mit 9 a ist eine Konstantspannungs­ schaltung bezeichnet und mit der Bezugsziffer 10 ist ein Überspannungsableiter bezeichnet.

Jede der Antennen-Zusatzverstärkerschaltungen 2 a und 2 b besitzt einen gegengekoppelten Verstärker 7, eine Anpaß­ schaltung 8 und ein Eingangsfilter 11.

Der gegengekoppelte Verstärker 7 setzt sich zusammen aus einem Feldeffekttransistor FET 12, einem Transformator für negative Rückkopplung, bzw. Gegenkopplung, Widerständen 14 und 15 sowie einem Kondensator 16. Der Rückkopplungsbe­ trieb wird durch den Transformator 13 vorgesehen, welcher von der Drain des FET 12 zu dessen Source eine Gegenkopplung vorsieht.

Die Anpaßschaltung 8 ist zusammengesetzt aus einer zentra­ lisierten Konstantschaltung unter Verwendung von zwei Kondensatoren 17 und 18 und einer einzelnen Spule 19. Die Anpaßschaltung 8 wirkt gleichzeitig als Hochpaßfilter (HPF) zur Störungsunterdrückung. Die Kondensatoren 17 und 18 und die Spule 19, welche die Anpaßschaltung und das Hochpaßfilter HPF bilden, haben optimal festgelegte Kapazitäten und Induk­ tivitäten auf der Basis der Ausgangsimpedanz des gegenge­ koppelten Verstärkers 7, der Eingangsimpedanz der Signal­ empfangseinrichtung 5 (Fig. 5) und des Frequenzbandes des empfangenen Signals. Beispielsweise besitzen die Kondensa­ toren 17 und 18 Kapazitäten von 33PF und 0,01µF und die Spule 19 eine Induktivität von 0,1µH. Diese Werte für die Kapazitäten und die Induktivität können in der Praxis auch so bestimmt sein, daß sie an eine Impedanz angepaßt sind, eine Lagestabilität der Schaltungen und Bauteile aufrecht­ erhalten und Niedrigfrequenzkomponenten, z. B. amplituden­ modulierte (AM) Komponenten oder dergleichen eliminieren.

Beim Betrieb der oben beschriebenen Schaltungen werden Radiowellen durch die Antennen 1 a und 1 b empfangen und auf die entsprechenden Antennen-Zusatzverstärkerschaltungen 2 a und 2 b, wobei deren vorbestimmte Frequenzbänder durch die Eingangsfilter 11 bestimmt sind, weitergeleitet. An­ schließend werden die Radiowellen durch die gegengekoppel­ ten Verstärker 7 verstärkt und über die Anpaßschaltungen 8 zur Schalteinrichtung 3 (Fig. 5) weitergeleitet.

Es sei angenommen, daß durch die Schalteinrichtung 3 die Antennen-Zusatzverstärkerschaltung 2 a ausgewählt ist. Die von der Antenne 1 a empfangene Radiowelle wird im Hinblick auf Impedanz durch die Anpaßschaltung 8 in der Antennen- Zusatzverstärkerschaltung 2 a angepaßt und dann auf die Signalempfangseinrichtung 5 übertragen, in welcher eine vor­ bestimmte Radiosignalverarbeitung erfolgt.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Ausgangsklemme der Antennen- Zusatzverstärkerschaltung 2 b an der anderen Seite durch die Schalteinrichtung 3 geöffnet. Da jedoch die Anpaßschal­ tung 8 an den Ausgang des gegengekoppelten Verstärkers 7 angeschlossen ist, wirkt die LC-Reihenreaktanzschaltung, welche aus dem Kondensator 17 und der Spule 19 zusammenge­ setzt ist, wie eine Last des gegengekoppelten Verstärkers 7.

Selbst wenn daher die Ausgangsklemme der Antennen-Zusatzver­ stärkerschaltung 2 b an der nichtbenutzten Seite an einen offenen Schaltkreis angeschlossen ist, erhält der gegenge­ koppelte Verstärker keinen vollständig unbelasteten Zustand, wie das beim herkömmlichen System der Fall ist.

Wenn hingegen die Schalteinrichtung 3 auf die Seite des Antennen-Zusatzverstärkers 2 b umgeschaltet wird, wird die Radiowelle von der Antenne 1 b empfangen und auf die Signal­ empfangseinrichtung 5 übertragen. Demzufolge ist dann die Antennen-Zusatzverstärkerschaltung 2 a durch die Schaltein­ richtung 3 an einen offenen Schaltkreis angeschlosen. Da jedoch in gleicher Weise wie oben schon beschrieben, die Anpaßschaltung 8 an den Ausgang des gegengekoppelten Ver­ stärkers 7 angeschlossen ist, wirkt die aus dem Kondensator 7 und der Spule 9 zusammengesetzte LC-Serienreaktanzschal­ tung der Anpaßschaltung 8 wie eine Last für den gegengekop­ pelten Verstärker 7.

Wenn daher jeweils eine der Antennen 1 a und 1 b durch Umschalten ausgewählt ist in Abhängigkeit von dem Empfangs­ zustand der Radiowelle während des Antennen-Diversity- Empfangs, nimmt die jeweilige zugehörige Antennen-Zusatzver­ stärkerschaltung 2 a bzw. 2 b nicht den nichtbelasteten Zu­ stand an, wie das bei herkömmlichen Schaltungen der Fall ist. Demzufolge werden die Antennen-Zusatzverstärkerschal­ tungen in ihrem Betrieb nicht unstabil und schwingen nicht.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer An­ paßschaltung 8, welche bei einer Antennen-Zusatzverstärker­ schaltung nach der Erfindung verwendet werden kann. Ein An­ paßkondensator 20 ist hierzu an eine Anpaßschaltung 8 ange­ schlossen, die wie die Fig. 2 zeigt, aus Kondensatoren 17, 18 und der Spule 19 zusammengesetzt ist. Auf diese Weise wird eine induktive Reaktanzkomponente der Ausgangsimpedanz der jeweiligen Antennen-Zusatzverstärkerschaltung beseitigt. Durch einen derartigen Aufbau läßt sich eine Ausgangsimpe­ danz der Antennen-Zusatzverstärkerschaltung gewinnen, welche lediglich durch eine Widerstandskomponente gebildet ist, so daß die Phasencharakteristiken, die Frequenzcharakteristiken und dergleichen weiter verbessert werden können.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anpaßschaltung, welche bei einer Antennen-Zusatzverstärker­ schaltung der Erfindung zur Anwendung kommen kann. In diesem Fall wird die Anpaßschaltung 8′ durch eine Signalspule 21 und zwei Kondensatoren 22 und 23 gebildet. Diese Schaltung wirkt wie ein Tiefpaßfilter (LPF) und kommt wirkungsvoll zur Anwendung, wenn eine Hochfrequenzkomponente des empfan­ genen Signals zu unterdrücken ist.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen befassen sich mit solchen Fällen, bei denen die Anpaßschaltung durch eine zentralisierte, aus Kondensatoren und Spulen bzw. Induktivi­ täten bestehende zentralisierte Konstantspannung zusammenge­ setzt ist. Die Ausbildung der Anpaßschaltung ist jedoch auf die dargestellten Fälle nicht begrenzt. Beispielsweise kann die Anpaßschaltung durch eine λ/4-Schaltung gebildet werden, bei der ein Koaxialleiter, beispielsweise ein Koaxialkabel usw. verwendet wird. Ferner kann für den Auf­ bau der Anpaßschaltung auch eine λ/4-Schaltung verwendet werden, bei der eine Leitung mit nicht stationären Konstan­ ten, beispielsweise eine Streifenleitung usw. verwendet wird. Hierbei werden die gleichen Wirkungen erzielt wie sie im Zusammenhang mit der Erfindung oben schon erläutert wurden. Wie schon erwähnt, besitzt eine Antennen-Zusatzverstärker­ schaltung nach der Erfindung eine Anpaßschaltung, die an einen Ausgang der Antennen-Zusatzverstärkerschaltung ange­ schlossen ist und eine Impedanzanpassung im Hinblick auf eine Last ausführt, wenn die Antennen-Zusatzverstärkerschal­ tung für den Empfang ausgewählt ist. Die Anpaßschaltung wirkt dann als Last für die Antennen-Zusatzverstärkerschal­ tung, wenn diese für den Empfang nicht ausgewählt ist. Selbst wenn daher die Antennen-Zusatzverstärkerschaltung für den Empfangsbetrieb nicht ausgewählt ist, nimmt die Ausgangsklemme der Verstärkerschaltung nicht den unbelaste­ ten Zustand an. Daher wird der Betrieb der Antennen-Zusatz­ verstärkerschaltung nicht instabil und schwingt nicht, wie das bei herkömmlichen Zusatzverstärkerschaltungen der Fall ist. Auf diese Weise wird ein stabiler Antennen-Diversity- Empfänger geschaffen.

Claims (6)

1. Antennen-Zusatzverstärkerschaltung für einen Antennen- Diversity-Empfang, gekennzeichnet durch

• - einen gegengekoppelten Verstärker (7) und
• - eine Anpaßschaltung (8; 8′), welche mit einem Ausgang des Verstärkers (7) verbunden ist, zur Bildung einer Impedanzanpassung im Hinblick auf eine Last bei für den Empfang ausgewählter Antennen-Zusatzverstärker­ schaltung, wobei die Anpaßschaltung (8; 8′) als Last der Antennen-Zusatzverstärkerschaltung wirkt, wenn die Antennen-Zusatzverstärkerschaltung für den Empfang nicht ausgewählt ist.

2. Antennen-Diversity-Empfänger mit zwei Antennen, die über zugeordnete Antennen-Zusatzverstärkerschaltungen an eine Auswählschalteinrichtung zum Auswählen der Antenne und der zugeordneten Zusatzverstärkerschaltung an den nachfolgenden Teil des Empfängers angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Anpaßschaltung (8; 8′) in jeder Antennen-Zusatz­ verstärkerschaltung (2 a, 2 b) vorgesehen ist und die Anpaßschaltung an eine Ausgangsklemme der jeweiligen Antennen-Zusatzverstärkerschaltung angeschlossen ist, zur Durchführung einer Impedanzanpassung für die jewei­ lige durch die Schaltvorrichtung (3) für den Empfang ausgewählte Antennen-Zusatzverstärkerschaltung und einer Impedanzbelastung für die jeweilige für den Empfang nicht ausgewählte Antennen-Zusatzverstärkerschaltung.

3. Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anpaßschaltungen (8; 8′) vorgesehen sind, von denen jede an eine der Zusatzverstärkerschaltungen (2 a) bzw. (2 b) angeschlossen ist.

4. Empfänger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennen-Zusatzverstärkerschaltung (2 a, 2 b) einen gegengekoppelten Verstärker (7) aufweist, daß jede An­ paßschaltung (8) eine Reihenschaltung von Kondensatoren (17, 18) zwischen dem Ausgang des gegengekoppelten Verstär­ kers (7) und dem Eingang der Schalteinrichtung (3) aufweist und daß eine Induktivität vom Mittelpunkt der Reihenschal­ tung mit Masse verbunden ist.

5. Empfänger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennen-Zusatzverstärkerschaltung (2 a) bzw. (2 b) einen gegengekoppelten Verstärker (7) aufweist und jede Anpaßschaltung eine Reihenschaltung von Induktivitäten zwischen dem Ausgang des gegengekoppelten Verstärkers (7) und dem Eingang der Schalteinrichtung (3) aufweist und daß eine Kapazität vom Mittelpunkt der Reihenschaltung mit Masse verbunden ist.

6. Empfänger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anpaßschaltung eine Viertelwellenlängenschaltung aufweist.