DE102004026195A1

DE102004026195A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verstärkung eines Antennensignals

Info

Publication number: DE102004026195A1
Application number: DE200410026195
Authority: DE
Inventors: Stefan Suckrow; Dominik Stindt
Original assignee: Wilhelm Sihn jr GmbH and Co KG
Current assignee: Wilhelm Sihn jr GmbH and Co KG
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstärkung eines Antennensignals, die einen Verstärkerzweig (10) mit einer Verstärkereinrichtung (11) aufweist, dessen Eingang (10a) das Antennensignal (AS) zuführbar ist und an dessen Ausgang (10b) ein Empfangssignal (ES) für ein der Vorrichtung nachgeschaltetes Endgerät (G) anliegt. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Verstärkerzweig (10) ein Passivzweig (20) parallel geschaltet ist, dass dem Verstärkerzweig (10) und dem Passivzweig (20) ein erster Umschalter (2) oder ein Verzweiger (102) vorgeschaltet und ein zweiter Umschalter (3) nachgeschaltet sind, durch die das Antennensignal (AS) wahlweise über den Verstärkerzweig (10) oder den Passivzweig (20) zum Ausgang (1'') der Vorrichtung leitbar ist, und dass mindestens ein Umschalter (2, 3) von einem Komparator (5) angesteuert wird, dem das Antennensignal (AS) des Passivzweigs (20) oder das Empfanngssignal (ES) des Verstärkerzweigs (10) zugeführt wird und der ein das Umschalten zwischen Verstärkerzweig (10) und Passivzweig (20) bewirkendes Steuersignal (S) erzeugt, wenn der Pegel des ihm zugeführten Signals (ES, AS) über bzw. unter einem gewissen Grenzwert liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstärkung eines Antennensignals, die einen Verstärkerzweig mit einer Verstärkereinrichtung aufweist, dessen Eingang das Antennensignal zuführbar ist, und an dessen Ausgang ein Empfangssignal für ein der Vorrichtung nachgeschaltetes Endgerät anliegt, sowie ein Verfahren zur Verstärkung eines Antennensignals, bei dem ein von einer Antenne empfangenes Antennensignal zu einen Verstärkerzweig geleitet, in diesem verstärkt und ein an einem Ausgang des Verstärkerzweigs auftretendes Empfangssignal zu einem Endgerät geleitet wird.

Insbesondere im Automobilsektor werden heutzutage nicht traditionelle Viertel-Wellen-Monopol-Antennen, sondern fast ausschließlich verkürzte Antennen eingesetzt. Es ist daher in der Regel erforderlich, zur Verbesserung der Empfangseigenschaften derartiger elektrisch kurzer Antennen, wie z. B. Kurzstab- oder Scheibenantennen, integrierte Antennenverstärker einzusetzen. Derartige Antennenverstärker sind in der Regel Breitband-Verstärker, bei denen keine Selektion der Signale hinsichtlich der im Endgerät ausgewerteten Frequenz durchgeführt wird, so dass Signale mit einer hohen Feldstärke im gleichen Frequenzband liegen wie schwach empfangene Signale. Dies besitzt den Nachteil, dass, insbesondere durch nichtlineare Eigenschaften der Verstärkerstufen, bei hohen Empfangspegeln Störprodukte entstehen, wobei Spektralanteile dieser Störprodukte im Verstärkungsband des Breitband-Verstärkers liegen und derart die Nutzkanäle überlagern können, mit der Folge, dass z. B. der Radio-Empfang gestört ist.

Um derartige Großsignal-Störungen zu vermeiden, werden oft AGC (Automatic Gain Control)-Schaltungen eingesetzt, die prinzipiell aus einem variablen Dämpfglied am Eingang der Verstärkereinrichtung bestehen. Dieses Dämpfglied wird durch ein Steuersignal, das sich aus der Größe des Ausgangssignals der Verstärkereinrichtung ableitet, angesteuert: Ein hoher Signalpegel des Ausgangssignals vergrößert die Bedämpfung des Eingangssignals, so dass hierdurch eine Übersteuerung der Verstärkereinrichtung vermieden wird.

Eine derartige Vorgehensweise besitzt nun den Nachteil, dass, wenn z. B. im Radiogerät ein signalschwacher Kanal in der Umgebung eines starken Nachbarkanals eingestellt wird, der schwache Kanal aufgrund der Breitband-Eigenschaft der Verstärkereinrichtung ebenfalls bedämpft wird, was zu einem verrauschten Empfang dieses Kanals bzw. sogar zu einem Ausfall desselben führen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das Auftreten von Großsignal-Störungen eliminiert oder zumindest reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Verstärkerzweig ein Passivzweig parallel geschaltet ist, dass dem Verstärkerzweig und dem Passivzweig ein erster Umschalter oder ein Verzweiger vorgeschaltet und ein zweiter Umschalter nachgeschaltet sind, durch die das Antennensignal wahlweise über den Verstärkerzweig oder den Passivzweig zum Ausgang der Vorrichtung leitbar ist, dass mindestens ein Umschalter der von einem Komparator angesteuert wird, dem das Antennensignal und/oder das Ausgangssignal des Verstärkerzweigs zugeführt wird und der ein das Umschalten bzw. Verzweigen zwischen Verstärkerzweig und Passivzweig bewirkendes Steuersignal erzeugt, wenn der Pegel des oder der ihm zugeführten Signale über bzw. unter einem gewissen Grenzwert liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Antennensignal wahlweise über den Verstärkerzweig oder einen den Verstärkerzweig parallel geschalteten Passivzweig zu einem Ausgang geführt wird, wobei vom Verstärkerzweig auf den Passivzweig umgeschalten wird, wenn das Antennensignal und/oder das am Ausgang des Verstärkerzweiges auftretende Empfangssignal über einem vorbestimmten Grenzwert liegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich also dadurch aus, dass ein "Bypass" des Verstärkerzweiges für den Fall vorgesehen wird, dass ein hoher Empfangspegel des Antennensignals vorliegt, der ansonsten zu Großsignal-Störungen führen würde. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt daher einen einfachen konstruktiven Aufbau, da in der Regel keine AGC-Schaltung zur Unterdrückung von Großsignal-Störungen verwendet werden muß. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass diese sowohl bei Breitband- als auch bei Schmalband-Verstärkern angewendet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:
1: ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Verstärkung eines Antennensignals.
2: ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Verstärkung eines Antennensignals.
Die in 1 ihrem schematischen Aufbau nach dargestellte, allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist einen Eingang 1', dem ein Antennensignal AS einer Antenne A zugeführt wird, und einen Ausgang 1'', der mit einem Endgerät G verbunden ist, auf. Sie gliedert sich prinzipiell in einen Verstärkerzweig 10 und in einen Passivzweig 20. Ein Eingang 10a des Verstärkerzweigs 10 und ein Eingang 20a des Passivzweigs 20 sind an Ausgänge 2a bzw. 2b eines ersten Umschalters 2 angeschlossen, an dessen Eingang 2' das von der Antenne A empfangene Antennensignal AS anliegt. Das Antennensignal AS wird über den Eingang 10a des Verstärkerzweiges 10 zu einer an für sich bekannten und daher nicht mehr näher beschriebenen Verstärkereinrichtung 11 geleitet, die vorzugsweise als ein Low-Noise-Verstärker (LNA) ausgebildet ist. In vorteilhafter Art und Weise kann die Verstärkereinrichtung 11 sowohl als Breitband-Verstärker oder auch als Schmalband-Verstärker ausgebildet sein.
Ein am Ausgang 12 der Verstärkereinrichtung 11 auftretendes Empfangssignal ES, also das verstärkte Antennensignal AS, wird zu einem ersten Eingang 3a des zweiten Umschalters 3 geleitet.
Der Passivzweig 20 der Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer elektrisch leitenden Verbindung 21 zwischen dem zweiten Ausgang 2b des ersten Umschalters 2 und dem zweiten Eingang 3b des zweiten Umschalters 3, so dass durch den Passivzweig 20 eine Umgehung des Verstärkerzweigs 10 geschaffen wird und an einem Ausgang 20b des Passivzweigs 20 das Antennensignal AS anliegt. Der Passivzweig 20 kann optional aber noch eine passive Signalverarbeitungseinheit 23, z. B. eine Einheit zur Transformation von Impedanzen, also eine Anpaß-Einheit, oder eine Einheit zur Selektion von Signalen, also als ein Filter, vorhanden sein. Wesentlich ist hierbei nur, dass im Passivzweig 20 keine Verstärkung des Antennensignals AS stattfindet.
An je einem Steuereingang 5a und 5b der beiden Umschalter 2 und 3 liegt ein Steuersignal S an, welches von einem Komparator 5 erzeugt wird. An einem Eingang 5' des Komparators 5 liegt das Empfangssignal ES bzw. das Antennensignal AS an, welches wie nachstehend beschrieben aus dem durch den Verstärkerzweig 10 und dem Passivzweig 20 ausgebildeten Signalweg ausgekoppelt wird:
Einem Ausgang 3' des zweiten Umschalters 3 ist ein Koppler 31 einer Kopplereinrichtung 30 nachgeschaltet, der zu der vorstehend angesprochenen Auskopplung des Empfangssignals ES dient. Dieses ausgekoppelte Empfangssignal ES bzw. das Antennensignal AS wird dann in einem Vorverstärker 32 vorverstärkt und in einem Detektor 33 gleichgerichtet. Ein Ausgangssignal DS des Detektors 33 wird dann zum Eingang 5' des Komparators 5 geführt.
Stellt nun der Komparator 5 fest, dass der Signalpegel des Empfangssignals ES über einen vorbestimmten Wert liegt, dass hier also ein Empfangssignal ES mit einem hinreichend großen Empfangspegel vorliegt, so erzeugt er das Steuersignal S, welches bewirkt, dass die Umschalter 2 und 3 vom Verstärkerzweig 10 auf den Passivzweig 20 umschalten, so dass das Antennensignal AS nicht über die Verstärkereinrichtung 11 des Verstärkerzweigs 10, sondern über den Passivzweig 20 geleitet wird, dass also eine Umgehung des Verstärkerzweigs 10 stattfindet. Diese "Bypass"-Lösung besitzt den Vorteil, dass die Verstärkereinrichtung 11 bei hohen Pegeln nicht übersteuert, so dass bei Breitband-Empfängern schwache Signale benachbarter Frequenzen nicht bedämpft werden, d. h., dass die Gefahr des Auftretens von Großsignal-Störungen eliminiert oder zumindest weitgehend reduziert wird.
Es ist aber auch möglich, die Umschaltung zwischen Verstärkerzweig 10 und Passivzweig 20 über das Antennensignal AS durchzuführen: Ist das Antennensignal AS hinreichend groß, so wird es über den Passivzweig 20 geleitet. Ist dies nicht der Fall, erfolgt eine Umschaltung auf den Verstärkerzweig 10.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Auskopplung des den Komparator 5 ansteuernden Empfangssignals ES nach der Verstärkung des Antennensignals AS im Verstärkerzweig 10 stattfindet. Es ist aber durchaus möglich, dass die Auskopplung des den Komparator 5 ansteuernden Signals vor dem Verstärkerzweig 10 durchgeführt wird. Auch eine (ggf. gewichtete) Mittelung über die beiden Signale ist möglich, wird aber nicht bevorzugt wird.
In 2 ist dann ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Verstärkung eines Antennensignals AS dargestellt, das seinem prinzipiellen Aufbau nach im wesentlichen demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, so dass einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht mehr näher beschrieben werden. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen ist, dass anstelle des ersten Umschalters 2 hier ein Verzweiger 102 verwendet wird. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass die Detektion des Pegels des Empfangssignals ES immer im Verstärkerzweig 10 stattfindet, so dass bei einer Umschaltung zwischen dem Verstärkerzweig 10 und dem Passivzweig 20 in vorteilhafter Art und Weise keine Pegelsprünge des zu detektierenden Signals auftreten.

Claims

Vorrichtung zur Verstärkung eines Antennensignals, die einen Verstärkerzweig (10) mit einer Verstärkereinrichtung (11) aufweist, dessen Eingang (10a) das Antennensignal (AS) zuführbar ist, und an dessen Ausgang (10b) ein Empfangssignal (ES) für ein der Vorrichtung nachgeschaltetes Endgerät (G) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstärkerzweig (10) ein Passivzweig (20) parallel geschaltet ist, dass dem Verstärkerzweig (10) und dem Passivzweig (20) ein erster Umschalter (2) oder ein Verzweiger (102) vorgeschaltet und ein zweiter Umschalter (3) nachgeschaltet sind, durch die das Antennensignal (AS) wahlweise über den Verstärkerzweig (10) oder den Passivzweig (20) zum Ausgang (1'') der Vorrichtung leitbar ist, und dass mindestens ein Umschalter (2, 3) von einem Komparator (5) angesteuert wird, dem das Antennensignal (AS) des Passivzweigs (20) oder das Empfangssignal (ES) des Verstärkerzweigs (10) zugeführt wird und der ein das Umschalten zwischen Verstärkerzweig (10) und Passivzweig (20) bewirkendes Steuersignal (S) erzeugt, wenn der Pegel des ihm zugeführten Signals (ES, AS) über bzw. unter einem gewissen Grenzwert liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausgang (2a) des ersten Umschalters (2) mit dem Eingang (10a) des Verstärkerzweigs (10) und ein erster Eingang (3a) des zweiten Umschalters (3) mit einem Ausgang (10b) des Verstärkerzweigs (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung (21) des Passivzweiges (20) einen zweiten Ausgang (2b) des ersten Umschalters (2) mit einem zweiten Eingang (3b) des zweiten Umschalters (3) verbindet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Umschalter (2, 3) einen Steuereingang (5a, 5b) aufweist, an dem ein Steuersignal (S) des Komparators (5) anliegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Eingang (5') des Komparators (5) ein aus dem durch den Verstärkerzweig (10) und dem Passivzweig (20) ausgebildeten Signalweg ausgekoppeltes Signal (ES bzw. AS) zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnt, dass einem Ausgang (3') des zweiten Umschalters (3) ein Koppler (31) nachgeschaltet ist, durch den das Empfangssignal (ES) und/oder das Antennensignal (AS) auskoppelbar ist, das ein Vorverstärker (32) vorgesehen ist, dem das ausgekoppelte Signal (ES bzw. AS) zugeführt ist.
Verfahren zur Verstärkung eines Antennensignals, bei dem ein von einer Antenne empfangenes Antennensignal (AS) zu einem Verstärkerzweig (10) einer Vorrichtung (1) geleitet, in diesem verstärkt und ein an einem Ausgang (10b) des Verstärkerzweigs (10) auftretendes Empfangssignal (ES) zu einem Endgerät (G) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennensignal (AS) wahlweise durch einen Verstärkerzweig (10) oder einen dem Verstärkerzweig (10) parallel geschalteten Passivzweig (20) zu einem Ausgang (1'') der Vorrichtung (1) geführt wird, wobei vom Verstärkerzweig (10) auf den Passivzweig (20) umgeschaltet wird, wenn das Antennensignal (AS) und/oder das Empfangssignal (ES) über einem vorbestimmten Grenzwert liegt.