DE2639947A1 - Aktive scheibenantenne fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Aktive scheibenantenne fuer kraftfahrzeuge

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DE2639947A1 DE19762639947 DE2639947A DE2639947A1 DE 2639947 A1 DE2639947 A1 DE 2639947A1 DE 19762639947 DE19762639947 DE 19762639947 DE 2639947 A DE2639947 A DE 2639947A DE 2639947 A1 DE2639947 A1 DE 2639947A1
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Description

263994?
VE 34-5
Anmelder: Vereinigte Glaswerke GmbH, 51 Aachen
Aktive Scheibenantenne für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine aktive Scheibenantenne für Kraftfahrzeuge mit einem in oder auf einer Windschutzscheibe angeordneten Antennenleiter und einer einen hochohmigen Transistoreingang aufweisenden Verstärkerschaltung, die aufeinander abgestimmt sind, x^obei durch die Verstärkerschaltung im wesentlichen die beiden !Frequenzbereiche von CL1 bis 6 I7IH?; urrd von 88 bis 104- MHz verstärkt werden.
Eine Beschränkung der Verstärkung der Signale lediglich auf diese beiden interessierenden Frequenzbereiche, die dem LW-, MV/- und KW-Bereich einerseits und dem UKW-Bereich andererseits entsprechen, und die durch eine große Frequenzlücke voneinander getrennt sind, wird in der Regel durchgeführt und ergibt sich aus der Forderung,-mögliche Störquellen und Kreuzmodulationen zu unterdrücken. Eine übliche Verstärkerschaltung sieht deshalb vor, durch zwe'i Filter die Signale in die beiden Frequenzbereiche aufzuteilen, und jeden Bereich in einen
-Z-
809810/03 52
263994?
- 2 - VE
eigenen Zweig, z.B. jeweils mit Hilfe eines eigenen Transistors, getrennt zu verstärken.
Eine solche Verstärkerschaltung mit zwei getrennten Verstärkerzweigen ist aufwendig* denn sie erfordert je eine zusätzliche Frequenzweiche am Eingang und Ausgang und wenigstens zwei Transistoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu gründe, eine aus einem Antennenleiter auf oder in einer Windschutzscheibe bestehende aktive Antenne zu schaffen, deren Verstärkerschaltung einfach in ihrem Aufbau ist und daher preisgünstig hergestellt werden kann, und bei der der Antennenleiter und die Verstärkerschaltung ebenfalls mit geringstmöglichem Aufwand aufeinander abgestimmt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen dem Fußpunkt des Antennenleiters und dem Transis toreingang ein aus zwei Kapazitäten und einer Induktivität bestehendes Tf-Glied vorgesehen ist, das nach den Gesichtspunkten der gewünschten Durchlaßcharakteristik und der transformierenden Wirkung im UKW-Bereich im Hinblick auf Rauschanpassung an den Transistoreingang dimensioniert ist.
Durch die Verwendung eines Tr -Gliedes in Verbindung mit dem Verstärker und mit einer Scheibenantenne läßt sich sowohl eine sehr gute Rauschanpassung als auch eine gute Durchlaßcharakteristik im UKW-Bereich und ebenfalls eine brauchbare Durchlaßcharakteristik im LW-, MW- und KW-Bereich mit minimalem Aufwand erreichen, und "es kann die Verstärkung der Signale der beiden Frequenzbereiche auf nur einem einzigen Wege erfolgen, so daß nur ein einziger
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- Jf - VE 34-5
Transistor erforderlich ist.
Bei der Anpassung des Verstärkers an den Antennenleiter ist zu beachten, daß im LW-, MW-, KW-Bereich, der nachfolgend auch als AM-Bereich bezeichnet wird, der Antennenleiter eine Kapazität in der Größenordnung von 40 pi1 mit einem Parallel-Beiwert von ca. 250 kOhm bildet. Der Verstärker sollte hier eine sehr niedrige Eingangskapazität von weniger als 10 p'J?, und einen Eingangswiderstand von ca. 300 kOhm besitzen» Im UKW-Bereich, der nachfolgend aucb als FM-Bereich bezeichnet wird, liegt jedoch der. Fußpunkt wider st and bei ca«. 300 0hm, also um drei Zehnerpotenzen niedriger als der Eingangswiderstand, so daß er in diesem Bereich durch eine entsprechende Schaltung auf den hochohmigen Eingangswiderstand des Verstärkers transformiert werden muß. Diese Funktion wird von der erfindungsgemäßen Schaltung ebenfalls erfüllt.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung *ri.rd für die Verstärkerschaltung ein Doppelgate-MOS-Feldeffekttransistor verwendet. Dabei werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn im Gegensatz zur üblichen Schaltweise das Gate G^ des Doppelgate-MOS-Feldeffekttransistors als Steuerelektrode, und das Gate G. zur Einstellung des Arbeitspunktes benutzt wird.
Bei Verwendung eines Doppelgate-MQS-Feldeffekttransistors und eines 2-förmigen Antennenleiters mit einem Fußpunktwiderstand im FM-Bereich von ca. 300 0hm beträgt die erste Kapazität des «TT-Gliedes etwa 4- pF, die Induktivität etwa Ö,5/uH, und die zweite Kapazität etwa 1 pF.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform-der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die erste Kapazität
- It - VE 345
des Tr^-Gliedes durch den kapazitiven Anteil des Antennenfußpunkt-Widerstandes und die Leiterkapazität der Schaltung, und die zweite Kapazität durch die Leiterkapazität der Schaltung und die Eingangskapazität des anschließenden Transistors gebildet werden. Es sind also lediglich die Leiter der Verstärkerschaltung unter diesem. Gesidatspunkt zu dimensionieren und anzuordnen, so daß eigene diskrete Kapazitäten in diesem Fall nicht erforderlich sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Eingang des das «fp^-Glied enthaltenden Verstärkers über einen eine niedrige Kapazität in der Größenordnung von 20 pi1 aufweisenden Koppelkondensator mit dem Antennenleiter verbunden. Es hat sich gezeigt, daß ein Koppelkondensator mit einem solchen ungewöhnlich niedrigen Wert einen sehr positiven Einfluß auf die Störempfindlichkeit des Verstärkers hat.
Von besonderer Bedeutung ist weiter die Form und Anordnung des Antennenleiters auf der Scheibe. Sie wird zweckmäßig so gewählt, daß der Antennenleiter aus einem vertikalen Mittelleiter und einem am oberen Rand der Scheibe horizontal angeordneten schleifenförmigen Teil besteht, und im AM-Bereich eine Kapazität von 20 bis 60 pF, vorzugsweise JO bis 40 pF, und einen Parallelwiderstand von etwa 250 kOhm, und im FM-Bereich einen Fußpunkt-Widerstand von etwa 3OO 0hm aufweist.
Vorteilhafterweise weist der horizontal angeordnete schleifenförmige Teil des Antennenleiters eine unsymmetrisch- angeordnete Unterbrechung auf, wodurch die Rundempfangscharakteristik der Antenne beeinflußt werden kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Von den Zeichnungen zeigt
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--- g - VE 34-5
Pig. 1 eine bevorzugte Anordnung des Antennleiters der aktiven Antenne auf einer "Windschutzscheibe;
Fig. 2 die aus Antennenleiter und Vorverstärker bestehende aktive Antenne mit den Merkmalen der Erfindung in schematischer Darstellung;
Fig. 3 die angestrebten, und die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreichten Durchlaßkurven, d.h. die Verstärkung ν als Funktion der Frequenz f, und
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für eine vollständige Verstärkerschaltung nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Windschutzscheibe 1 für ein Kraftfahrzeug,-auf der in bekannter Weise ein Antennenleiter angeordnet ist, indem er entweder in die Zwischenfolie der Windschutzscheibe eingelegt ist,; wenn diese aus Verbundglas besteht, oder aber in Form eines schmalen leitenden Streifens auf die Oberfläche der Windschutzscheibe aufgedruckt ist. Der Antennenleiter umfaßt einen in der Mitte der Windschutzsciieite vertikal angeordneben LeiterabscLnitt 2, und einen in Form einer Schleife entlang dem oberen Schel·- benrand horizontal angeordneten Leiterabschnitt 3· Der schleifenartige Leiterabschnitt 3 ist in seinem unteren Abschnitt auf einer Seite unterbrochen (Unterbrechung 4). Diese Unterbrechung 4 macht die Antenne elektrisch unsymmetrisch. Durch Verlagerung der Unterbrechung 4- kann die Richtwirkung der Antenne in gewissen Grenzen korrigiert werden. Am unteren Ende des Mittelleiters 2, dem Fußpunkt der Antenne, ist ein Anschluß element 5 für die Verbindung mit dem Verstärker angeordnet.
Wie aus Fig. 2,hervorgeht,ist der Antennenleiter möglichst kapazitätsarm über einen Koppelkondensator 8 auf ein
8 09 810/K)15"2
- e - ve
Tr -Glied geschaltet, das aus eimer erstes. Kapazität 10, einer Längsspule 11 und einer zweiten. Kapazität 12 bestellt ο Bas IT-Glied 10, 11, 12 ksmi axt Hilfe eines Ui-. derstandsdiagraisms graphisch dimensioniert werden. Unter der Förderung j daß der lOßpiH&tiiiderstaiid des Antennenleiters in der lütte des iH-Bereiclaes s d.li. bei etwa 95 IaHz9 so transformiert wird., &aB der Punkt der optimalen Eauschanpassung Z_. für den verwendeten 3?ran-
ops»
si stör erreicht wird, ergibt die Auswertung für die Kapazität 10 bei Verwendung eines MGS-jfeldefiekttransistQrs einen ¥erfc von 4,5 P-F5 für die !»ängsspule 11 eine Induktivität iron 0?5/^Ηϊ und für die Kapazität 12 einen Werbt von 1,3 pE* Mit dieser Bimensioaierung erhält man sowohl eine seiir gute Esusehanpassung als aiaeh eine gute Durchlaß charakterist ik, die den in Hg. 3 gestrichelt dargestellten Kurven 18, 19 entspricht.
Man muß bei der Birnensionierung des ^—Gliedes gleichzeitig die gexfünschte GesamtdiirclilaSkurve im Auge "behalten j die dem Verlauf entspricht, der in Fig. 3 durch die Kurven. 20 aid 21 schematisch dargestellt ist. Uk sieh dieser gewünschten BurchlaßcharalEteristik anzunähern, müssen die Kapazitäten 10 und 12 möglichst? klein, und die iBäuktiirität 11 möglichst groS gelaalten werden. Unter diesen Toraussetzungen lassen sich Seile des Tr-Gliedes für die Gestaltung der· unteres IharoMaSIaarire mitbenutzen» Mir den Verstärkungsabfall im unteren PrequeDzbereich sorgt dabei der Eoppelkondensator 8 salt der niedrigen Kapazität3 so daß die hier irorhandene hohe Störspannung nicht unnötig verstärkt wird«. Die- Spule 11 ist vor allem verantwortlich für den Abfall lia Kiaxzwellentoereich und X'drkt hier als Drossel« Der sweats 3>u2?clilaßbereich im Mi-Gebiet wird durch Resonanzäbstimmmg der Kapazität 10, der Spule 11 und der Kapazität 12 erseiagt» Mit Hilfe eines
26399A7
VE
Abstimmvorganges an der Spule 11 läßt sich die Durchlaßkurve exakt im interessierenden Empfangsbereich plazieren.
An das Tr-Glied 10, 11, 12 schließt sich der eigentliche Verstärker 14 mit einem MOS-Feldeffekttransistor an, der ein- oder mehrstufig ausgeführt werden kann, je nach dem, welcher Verstärkungsgrad gefordert wird. Es folgt ein Ausgangskondensator 16, der zusammen mit der Kapazität des Anschlußkabels zum Empfangsgerät unter 100 pF liegen sollte, damit der nachfolgende Empfangereingangskreis im All-Bereich abgestimmt werden kann.
Wie schon erwähnt, sollte der Eingang des Verstärkers im AM-Bereich sehr hochohmig sein« Dies wird ebenfalls erreicht durch die sehr niedrigen Werte der Kapazitäten 10 und 12, und durch die Verwendung eines Transistors mit sehr hochohmigem Eingangswiderstand, z.B.- eines MOS-PET.
In Fig. 4 ist das vollständige Schaltbild eines nach dem Prinzip der Erfindung aufgebauten Verstärkers dargestellt. Insbesondere ist zu sehen, daß für die Kapazitäten des TT -Gliedes keine diskreten Kondensatoren erforderlich sind, da sie durch die Kapazität der Antennenleitung, des Transistors und der Leitungen der Schaltung gebildet werden. Die Spule 11 mit einer Induktivität von 0,5/uH hat 21 Windungen eines 0,3 mm dicken Kupferdrahtes, und einen Innendurchmesser von 3,5 mm. Der Koppelkondensator am Verstärkereingang und der Ausgangskondensator 16 haben eine Kapazität von 18 bzw. 68 pP. Wie weiter oben erwähnt, ist der Koppelkondensator 8 mitverantwortlich für die untere Begrenzung der Durchlaßkurve, und zv/ar genauer gesagt die Kombination des Koppelkondensators 8 mit dem Widerstand 23, in Verbindung mit der aktiven Antennenkapazität in der Größenordnung von 20 pF.
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- SS - VE
Bei dem MOS-Feldeffekttransistor 25 handelt es sich um einen Doppelgate-Transistor, bei dem im Gegensatz zur üblichen Ansteuerung das Gate G* a^s Steuerelektrode benutzt wird. Gate G? hat gegenüber G^ eine relativ flache und dementsprechend wenig gekrümmte Kennlinie. Durch diese Maßnahme kann der Intermodulationspegel um mehr als 10 dB angeboben werden. Gate Gx. wird dagegen zur Einstellung des Arbeitspunktes benutzt.
Das aus den Kondensatoren 26, 28 und der Drosselspule 27 mit Kern bestehende !Filter dient zur Abdrosselung von Störspannungcn, die eventuell über die Versorgungsspanmingsleitung in die Verstärkerschaltung eindringen können ·>
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AA
Le e rs e ä t

Claims (8)

  1. VE 34-5
    Patent anspräche...-..-
    [ 1. !Aktive Scheibenantenne für Kräftfahrzeuge mit einem in oder auf einer Windschutzscheibe angeordneten Antennenleiter und einer einen hochohmigen Transistoreingang aufweisenden Verstärkerschaltung, die aufeinander abgestimmt sind, wobei durch die Verstärkerschaltung im wesentlichen die beiden Frequenzbereiche von 0,1 bis 6 MHz und von 88 bis 104- MHz verstärkt werden, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß zwischen dem Fußpunkt (5) des Antennenleiters (2,3) und dem Transistoreingang ein aus zwei Kapazitäten (10, 12) und einer- Induktivität (11) bestehendes Tr -Glied vorgesehen ist, das nach den Gesichtspunkten der gewünschten Durchlaßcharakteristik und der transformierenden Wirkung im UKW-Bereich im Hinblick auf Rauschanpassung an den Transistoreingang dimensioniert ist.
  2. 2. Aktive Scheibenantenne nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerschaltung einen Doppelgate-MOS-Feldeffekttransistor (25) aufweist.
  3. 3. Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate Gp des Doppelgate-MOS-Feldeffekttransistors (25) als Steuerelektrode, und das Gate G. zur Einstellung des Arbeitspunktes benutzt wird.
  4. 4. Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei Vervrendung eines Doppelgate-MOS-Feldeffekttransistors und eines T-förmigen Antennenleiters mit einem Fußpunktwiderstand im FM-
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    ORIGINAL INSPECTED
    VE
    Bereich von ca. 300 Ohm die erste Kapazität (10) des ■Tr-Gliedes etwa 4 pF, die Induktivität (11) etwa 0,5 /uH, und die zweite Kapazität (12) etwa 1 pF betragen.
  5. 5« Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kapazität (10) des TT-Gliedes durch den kapazitiven Anteil der Antennenzuleitung und die Leiterkapazität der Schaltung, und die zweite Kapazität (12) durch die Leiterkapazität der Schaltung und die Eingangskapazität des anschließen den Transistors gebildet wird.
  6. 6. Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des das ^T-Glied enthalt enden Verstärkers über einen eine niedrige Kapazität in der Größenordnung von 20 pF aufweisenden Koppelkondensator (8) mit dem Antennenleiter verbunden ist.
  7. 7· Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenleiter aus einem vertikalen Mxttelleiter (2) und einem am oberen Rand der Scheibe horizontal angeordneten schleifenförmigen Teil (3) niit einer Kapazität im AM-Bereich von 20 bis 60 pi1, . vorzugsweise 30 bis 40 pPt und einem Parallelwiderstand im AM-Bereich von etwa 250 kOhm, und einem Fußpunkt-Widerstand im PM-Bereich von etwa 400 0hm besteht.
  8. 8. Aktive Scheibenantenne nach Anspruch 1 bis 7S dadurch gekennzeichnet, daß der horizontal angeordnete schleifenförmige Teil (3) des Antennenleiters eine unsymmetrisch angeordnete Unterbrechung (4) aufweist.
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