DE3028099C2

DE3028099C2 - Antenneneingangsschaltung

Info

Publication number: DE3028099C2
Application number: DE3028099A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kobe Takayama
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1980-07-24
Publication date: 1983-03-24
Also published as: AU531465B2; NL188259B; US4369446A; NL8004346A; AU6090980A; DE3028099A1; NL188259C

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenneneingangsschaltung eines elektronisch abstimmbaren Mittelwellenempfängers für Kraftfahrzeuge.

Eine Antenneneingangsschaltung eines Mittelwellen-AM-Empfängers, der in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, wird üblicherweise unter Verwendung einer variablen Kapazitätsdiode elektronisch abgestimmt und als Antenne des AM-Empfängers wird eine Peitschenantenne verwendet. Da die Peitschenantenne kapazitiv wirkt, ist es notwendig, daß die variable Kapazitätsdiode in dem elektronisch abstimmbaren AM-Empfänger einen ausreichend großen Kapazitätsänderungsbereich in bezug auf die Antennenkapazität aufweist. Der Kapazitätsänderungsbereich einer variablen Kapazitätsdiode ist jedoch nicht so groß. Deshalb sind verschiedene Vorschläge zum Abstimmen im Mittelwellenfrequenzbereich von 525 bis 1605 kHz gemacht worden, wobei des weiteren das Problem eines niedrigen Signal-Rauschverhältnisses aufgetreten ist.

Bekannt ist eine Abstimmschaltung für eine kapazitiv wirkende Antenne, die eine Reihenschaltung eines Abstimmtransformators und eine variable Kapazitätsdiode aufweist, wobei eine zusätzliche Kapazität an den Abstimmtransformator angeschaltet ist, so daß ein Strom in einem Teil einer Wicklung des Abstimmtransformators fließt (DE-AS 28 16 786). Bei dieser bekannten Abstimmschaitung ist nachteilig, daß die Verwendung von zwei variablen Kapazitätsdioden zu höheren Herstellungskosten und zu einer schwierigen Gleichiaufjustierung führt

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ίο Antenneneingangsschaltung eines elektronisch abstimmbaren Mittelwellen-Empfängers für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die trotz eines guten Signal-Rausch-Verhältnisses mit geringen Kosten hergestellt und leicht justiert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird beispielhaft an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild einer kapazitiven Antenne,

F i g. 2 und 3 Schaltbilder zum Erläutern einer Antenneneingangsschaltung unter Verwendung einer variabler. Kapazitätsdiode,

Fig.4 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 6 ein Schaltbild einer weiteren 'Vusführungsform der Erfindung,

Fig. 7A bis 7C Schaltbilder zum Erläutern der Änderung der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform,

F i g. 8 ein Schaltbild der Ausführungsform der F i g. 6 einschließlich eines Vorspannungszuführungskreises, Fig.9 eine graphische Darstellung von Signal-Rausch-Kennlinien,

F i g. 10 eine graphische Darstellung einer Resonanzkennlinie,

Fig. 11 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig.'.2 ein Ersatzschaltbild des Hauptteils der Ausführungsform der Fig. 11,

Fig. 13 und 14 graphische Darstellungen der Resonanzkennlinie zum Erläutern der durch die Erfindung erreichten Wirkung und

Fig. 15 ein Schaltbild der Ausführungsform der F i g. 11 unter Hinzufügung eines Vorspannungszuführungskreises.

Eine kapazitivwirkende Antenne, wie eine Peitschenantenne od. dgl., wird durch eine Ersatzschaltung dargestellt, wie sie in F i g. 1 gezeigt ist, wobei eine Antennenkapazität Ca in Reihe mit einer Antennen-EM K Ea geschaltet ist und eine Kabelkapazität Cb dazu parallel geschaltet ist. Üblicherweise betragen die Antennenkapazität Ca und die Kabelkapazität Cb jeweils etwa 15 und 65 ρF. In Fig. 1 bezeichnet PX einen Ausgangsanschluß für die Verbindung mit einer Antenneneingangsschaltung.

Wenn die Antenneneingangsschaltung mit einer variablen Kapazitätsdiode gebildet ist, kann dies als eine Schaltungsanordnung angesehen werden, wie sie in den F i g. 2 oder 3 gezeigt ist. Gemäß F i g. 2 ist eine variable Kapazitätsdiode C an eine Sekundärwicklung eines Abstimmtransformators TR angeschaltet, der durch Primär- und Sekundärwicklungen gebildet ist, und der Ausgangsanschluß PX ist mit der Primärwicklung verbunden. Die Kapazität an der Seite der Antenne gesehen von der Seite der Sekundärwicklung wird demgemäß verringert, so daß, auch wenn das Kapazi-

tätsänderungsverhältnis der variablen Kapazitätsdiode C (maximale Kapazität C max/minimale Kapazität C min) etwa 15 beträgt, die Antenne durch eine geeignete Auswahl des Wicklungsverhältnisses zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung in einem Mittelwellenfrequenzbereich von 525 bis 1605 kHz abgestimmt werden kann. Wie durch die !Curve Cl in dem Diagramm der Signal-Rausch-Kennlinie der Fig.9 angegeben ist, besteht jedoch ein Nachteil darin, daß das Signal-Rausch-Verhältnis merklich mit einem Abfall der Frequenz, d.h. einem Anstieg der Kapazität der variablen Kapazitätsdiode C, verschlechtert wird. Dies ergibt sich aus der Teilung der Antennen-EM K Ea durch die Antennenkapazität Ca, die Kabelkapazität Cb und die variable Kapazitätsdiode C

Gemäß F ig. 3 ist eine Reihenschaltung eines Abstimmtransformators L und der variablen Kapazitätsdiode C mit dem Ausgangsanschluß Pi verbunden. Bei dieser Schaltungsanordnung ist es notwendig, daß die minimale Kapazität der variablen Kapazitätsdiode C extrem gering für die Überdeckung des Mittelwellenfrequenzbands ist In der Praxis ist jedoch die minimale Kapazität C min der variablen Kapazitätsdiode C begrenzt und folglich wird eine zusätzliche Kapazität Cg, die durch die gestrichelte Linie angegeben ist, angeschaltet, um das Mittelwellenfrequenzband zu überdecken. In diesem Fall wird, wie durch die Kurve C2 in Fig.9 gezeigt ist, das Signal-Rausch-Verhältnis mit ansteigender Frequenz, d.h. mit abfallender Kapazität der variablen Kapazitätsdiode C merklich verschlechtert.

Gemäß F i g. 4 hat ein Abstimmtransformator TR 1 eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung. Die oben bei F i g. 3 erwähnte zusätzliche Kapazität Cg ist in Reihe mit der Primärwicklung geschaltet und die variable Kapazitätsdiode C ist in Reihe mit der Sekundärwicklung geschaltet, um eine Antenneneingangsschaltung zu bilden. P2 bezeichnet einen Ausgangsanschluß der Antenneneingangsschaltung und Ea, Ca, Cb und Pl bezeichnen jeweils ein Antennen-EM K, die Antennenkapazität, die Kabelkapazität und den Ausgangsanschluß, die identisch mit denen in F i g. 3 sind.

Wenn die Wicklungszahlen der Primär- und der Sekundärwicklungen des Abstinumtransformators TK 1 jeweils durch T2 und Ti dargestellt sind, das Wicklungsverhältnis Γ2/7Ί durch m (m X) dargestellt ist und die Induktivität der Sekundärwicklung durch L₀ dargestellt ist, ist die Resonanzfrequenz /₀ durch die folgenden Gleichungen gegeben, wobei Co die Abstimmkapazität ist:

/0 =

_c _ m²Cg {Ca + Cb)+ C {Ca + Cb + Cg (1 - m)²}
⁰ Ca + Cb + Cg+C

Das Signal-Rausch-Verhältnis der Schaltung bei dieser Ausführungsform wird kurz beschrieben. Wenn eine Rauschquelle als ein Verlust in einem Resonanzkreis, d. h. ein Wärmerauschen eines Widerstands, angenommen wird, dann wird der Widerstand r aus Q. des Resonanzkreises wie folgt erhalten:

6>o "

(3)

worin />λ> die Resonanzwinkelfrequenz und Co die Abstimmkapazität die durch die Gleichung (2) gegeben ist, sind.

Ein durch den Widerstand r erzeugtes Rauschen Vn ist wie folgt:

Vn ^VAkT Br

V,

AkTB

(4)

worin k die Boltzmannsche Konstante, Γ die absolute Temperatur und B die Bandbreite sind.

Das Signal-Rausch-Verhältnis am Ausgangsanschluß P 2 während der Resonanz ist demgemäß durch die folgende Gleichung gegeben:

Ca (C + Cg · m) g²

(Ca + Cb+ Cg +

12 i

I c](4kTBY (5)

Wie sich aus der Formel (5) ergibt, ist die Kapazität (durch denselben Bezugsbuchstaben C wie die variable Kapazitätsdiode C bezeichnet) der variablen Kapazitätsdiode C im Nenner und Zähler enthalten. Wenn demgemäß die Kapazität C zum Abstimmen auf eine bestimmte Frequenz geändert wird, wird der Einfluß durch den Nenner und den Zähler ausgeschaltet und das Signal-Rausch-Verhältnis ist bestrebt, konstant zu bleiben.

Wenn Ca und Cb beispielsweise jeweils mit 15 und 65 pF gewählt werden, wie oben beschrieben wurde, und Cg" 150OpF und m = 0,15 gelten, kann ein Mittelwellenrundfunkfrequenzband mit dem Kapazitätsänderungsverhältnis der variablen Kapazitätsdiode, das bei etwa 15 gehalten wird, überdeckt werden und das Signal-Rausch-Verhältnis wird im wesentlichen konstant, wie durch die Kurve C3 in F i g. 9 angegeben ist, d. h. das Signal-Rausch-Verhältnis wird nicht merklich verschlechtert.
Da ein Transistorverstärker an den Ausgangsanschluß P 2 der Antenneneingangsschaltung angeschlossen ist, soll dessen Ausgangsimpedanz niedrig sein. Diese Forderung kann erfüllt werden, indem als Ausgangsanschluß P3 ein Abgriff der Sekundärwicklung des Abstimmtransformators TR 1 vorgesehen wird, siehe F i g. 5.

Gemäß F i g. 6 ist der Abstimmtransformator TRa ein Autotransformator. Die zusätzliche Kapazität Cg ist an dessen Abgriff angeschaltet. Die variable Kapazitätsdiode C ist in Reihe mit dem Abstimmtransformator TRa zwischen die Anschlüsse PX und PA geschaltet. Eine Kapazität Cd zum Verringern der Ausgangsimpedanz ist an den Ausgangsanschluß PA angeschlossen. Die Windungszahlen T2 und Ti jeweils entsprechend

den Primär- und Sekundärwicklungen des Abstimmtransformators TRa werden so gewählt, daß sie gleich mit den Windungszahlen Tl und 7*2 des Abstimmtransformators 77? 1 in F i g. 4 sind.

Nachfolgend wird die Beziehung zwischen den s Ausführungsformen der F i g. 6 und 4 beschrieben.

Wenn der Abstimmtransformator 77? 1 in F i g. 4 als Autotransformator aufgebaut ist, wird die Schaltungsanordnung wie in F i g. 7A gezeigt. Wenn der Ausgangsanschluß Pl der kapazitiven Antenne geerdet wird, die Lage der Antennenkapazität Ca geändert wird und die Kapazität Cd, deren Kapazitätswert so groß ist, daß er keinen Einfluß auf die Resonanz hat, angeschaltet wird, wird die Schaltungsanordnung so, wie sie in Fig. 7B gezeigt ist Unter Verwendung des Verbindungspunkts der variablen Kapazitätsdiode und der Kapazität Cd für die Verringerung der Ausgangsimpedanz als Ausgangsanschluß P4 ergibt sich dann eine solche Schaltungsanordnung, wie sie in Fig.7C gezeigt ist Die Schaltungsanordnung in Fig. 7C ist identisch mit der in F i g. 6 und die Ausgangsimpedanz der Antenneneingangsschaltung wird durch die Kapazität Cd verringert, die zwischen den Ausgangsanschluß P4 und Erde geschaltet ist.

F i g. 8 zeigt ein besonderes Ausführungsbeispiel, das einen Gleichspannungsvorspannkreis der variablen Kapazitätsdiode Centhält. In F i g. 8 sind die der F i g. 6 entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. R1 und R 2 bezeichnen Widerstände, Ce bezeichnet eine Kapazität für die Verwendung als Hochfrequenzbypass und VB bezeichnet eine Vorspannung. Die Kapazität der variablen Kapazitätsdiode C wird durch Anlegen der Vorspannung VB über die Widerstände R 1 und R 2 und den Abstimmtransformator TRa gesteuert. Die Ausgangsimpedanz wird durch die Kapazität Cd verringert Die zusätzliche Kapazität Cg wird des weiteren an den Abgriff des Abstimmtransformators TRa angeschlossen, um einem Teil des Abstimmtransformators 7Ra den Strom zuzuführen, der in der zusätzlichen Kapazität Cg fließt, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis im Betriebsfrequenzband verbessert werden kann.

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung der Resonanzkennlinie der oben beschriebenen Antenneneingangsschaltung, bei der ein Unterschied zwischen dem Ausgangspegel (dB) bei der Resonanzfrequenz k und dem Ausgangspegel (dB) bei einer Spiegelfrequenz //ein Spiegel-Stör-Verhältnis HR darstellt. Je niedriger der Ausgangspegel (dB) der Spiegelfrequenz // ist, destc mehr wird das Spiegel-Stör-Verhältnis HR vergrößert F i g. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die so ausgebildet ist, daß das Spiegel-Stör-Verhältnis verbessert ist, wobei die Teile entsprechend den Teilen in Fig.6 mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kapazitäten Cg und Cd in der Ausführungsform der F i g. 6 an ihrer Erdseite miteinander verbunden und mit einer Kapazität Cx verbunden. Die Kapazität Cx wird größer als die Kapazität der variablen Kapazitätsdiode C, der Antennenkapazität Ca und der Kabelkapazität Cb gewählt. Die Kapazität Cx hat demgemäß im wesentlichen keinen Einfluß auf die Resonanzfrequenz, erzeugt jedoch die Wirkung einer Verringerung der Ausgangsspannung Eo mit Bezug auf ein Eingangssignal, das von dem Resonanzpunkt entfernt ist.

Ein Strom /1, der in der Kapazität Cd fließt, und ein Strom 12, der in der zusätzlichen Kapazität C^- fließt, sind in der Phase in bezug auf Signale mit Frequenzen höher als die Resonanzfrequenz umgekehrt und haben die Beziehung | /2 | > | /1 |. Eine Spannung Vx an der Kapazität Cx ist demgemäß in der Phase entgegengesetzt zu einer Spannung Vdan der Kapazität Cd, so daß es durch Auswahl der Werte der Kapazität Cx und Cd, um die Beziehung Vx = Virfzu erhalten, möglich ist, die Ausgangsspannung Eo auf Null in Verbindung mit einem Signal einer bestimmten Frequenz, die höher als die Resonanzfrequenz ist, zu verringern.

Fig. 12 zeigt ein Ersatzschaltbild der in Fig. 11 dargestellten Antenneneingangsschaltung, in welcher der Abstimmtransformator in der Form eines T-Kreises gezeigt ist. Wenn die Induktivität des Teils des Abstimmtransformators TRa in F i g. 11, welche die Windungszahl 7*1 hat, als Lo bezeichnet wird, wird ein T-Kreis mit L₀ ■ m, L₀(I -m) und Lo(m-\) gebildet, worin m = 7*2/7Ί gilt, T2 die Windungszahl des Teils entsprechend der Primärwicklung des Abstimmtransformators TRa und Π die Windungszahl des Teils entsprechend der Sekundärwicklung ist, wie vorstehend erwähnt wurde.

Wenn der Kopplungskoeffizient zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Abstimmtransformators TRa mit 1 angenommen wird, dann ergibt sich die folgende Gleichung:

ι 1-

p-Cod j

ρ ■ L₀ ■ m (m - 1) + ■ "Cg]'

(6)

worin ρ =j ω und Cod = gelten.

Die Ausgangsspannung Eo ist wie folgt gegeben:

/1 ρ Cx ρ Cd'

₌ j Cx ■ Cod + Cod Cd+ Cg Cd-ω² L₀- Cod Cg(I- m) ((I - m) Cd-m ■ Cx] ¹ j ω ■ Cx ■ Cd ■ Cod {1 + ω² ■ L₀ ■ Cg ■ nt (1 - m)}

Wenn die Winkelfrequenz ω als ω, durch die folgende Gleichung gegeben ist:

C(Cx + Cd + Cg) + CgCd
: ■ Cg(I - m){Cd (I - m) - Cx ■ m) ' (7)

(8)

ist der Zähler in der Gleichung (7) Null, d.h. die Ausgangsspannung Eo ist Null. Durch Auswählen der Kapazität Cx in der Weise, daß die Winkelfrequenz bei der Spiegelfrequenz //gleich der durch die Gleichung (8) gegebenen Winkelfrequenz ωί ist, kann demgemäß die Resonanzkurve, die durch die ausgezogene Linie in F i g. 13 angegeben ist, geändert werden, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, d. h. der Ausgangspegel der Spiegelfrequenz // kann auf Null verringert werden.

Beim Stand der Technik kann manchmal ein Fangkreis zum Verbessern des Spiegel-Stör-Verhältnisses vorgesehen werden. Da jedoch eine Fangfrequenz üblicherweise fest ist, kann nicht die Wirkung der Verbesserung des Spiegel-Stör-Verhältnisses erzeugt werden, wenn sieh die Spiegeifrequenz von der Fangfrequenz unterscheidet. Bei der Erfindung wird demgegenüber die Kapazität der variablen Kapazitätsdiode C gesteuert, um die Resonanzfrequenz fa mit der Spiegelfrequenz fi zu ändern. Da aber die Winkelfrequenz «/auch geändert wird, wie sich aus der Gleichung (8) ergibt, kann das Spiegel-Stör-Verhältnis verbessert werden, das der Resonanzfrequenz k folgt.

Der Ausdruck in der Kammer im Zähler der Gleichung (8) kann geringer als die Kapazität Cx gemacht werden und durch Auswahl der kapazität Cx für ein verbessertes Spiegel-Stör-Verhältnis, so daß

|(1 - m) Cd-m ■ Cx) = 0, d. h.

gilt, kann die in Fig. 14 gezeigte Resonanzkennlinie erhalten werden. Dies bedeutet, daß die Winkelfrequenz ü)i so ausgewählt wird, daß sie unendlich groß ist.

Fig. 15 ist ein Schaltbild eines besonderen Ausführungsbeispiels, das einen Vorspannungszuführkreis für die variable Kapazitätsdiode C enthält und in dem die den Fig.8 und 11 entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Gemäß F i g. 15 wird eine Vorspannung VB über die Widerstände R 1 und R 2 und den Abstimmtransformator TRa an die variable Kapazitätsdiode C angelegt, um deren Kapazität zu steuern, um ein Signal einer gewünschten Resonanzfrequenz an dem Ausgangsanschiuß F4 zu erzeugen. Die Ausgangsimpedanz kann durch die Kapazität Cd klein gemacht werden und das Spiegel-Stör-Verhältnis kann durch die Kapazität Cx verbessert werden.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, unter Verwendung einer variablen Kapazitätsdiode eine Antenneneingangsschaltung mit abstimmbarem Eingang zu bilden, die den Mittelwellen-AM-Rundfunkfrequenzbereich überdeckt und die ein im wesentlichen konstantes Signal-Rausch-Verhältnis über diesen Frequenzbereich ergibt. Das Spiegel-Stör-Verhältnis kann des weiteren verbessert werden. Folglich wird die Empfangskennlinie der Antenneneingangsschaltung in einem elektronischen, abstimmbaren AM-Empfänger für Kraftfahrzeuge verbessert.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antenneneingangsschaltung eines elektronisch abstimmbaren Mittelwellen-Empfängers für Kraftfahrzeuge, die mit einer kapazitiv wirkenden Antenne verbunden ist, mit einer Reihenschaltung eines Abstimmtransforn-.ators und einer variablen Kapazitätsdiode, die an die Antenne angeschaltet ist, und mit einer zusätzlichen Kapazität, die an den Abstimmtransformatoren so geschaltet ist, daß ein Strom in einem Teil einer Wicklung des Abstimmtransformators über die zusätzliche Kapazität fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kapazität (Cg) einen festen Kapazitätswert hat.

2. Antenneneingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmtransformator (TRX) mit einer Primärwicklung (T2) und einer Sekundärwicklung (TX) mit einer größeren Windungszahl als die Primärwicklung versehen ist, daß die zusätzliche Kapazität (Cg) zwischen die Primärwicklung und die Antenne geschaltet ist und daß die variable Kapazitätsdiode (C) zwischen die Sekundärwicklung und die Antenne geschaltet ist.

3. Antenneneingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmtransformator (TR 1) einen Abgriff (D 3) für eine Verbindung mit der zusätzlichen Kapazität (Cg) aufweist.

4. Antenneneingangsschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsdiode (C) zwischen die Antenne und einen Ausgangsanschluß (PA) geschaltet ist, daß die zusätzliche Kapazität (Cg)zwischen einen Abgriff des Abstimmtransformators und Erde geschaltet ist und daß eine dritte Kapazität (Cd) zwischen den Ausgangsanschluß und Erde geschaltet ist.

5. Antenneneingangsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Kapazität (Cx)zwischen die zusätzliche Kapazität (Or,) und die dritte Kapazität (Cd) einerseits und Erde andererseits geschaltet ist.