Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft ein Empfangssystem für ein
Kraftfahrzeug und spezieller ein System unter Verwendung einer
Antennenschaltung mit großer Streukapazität gegen Masse.
Beschreibung des Standes der Technik:
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Ein Beschlag entfernender Heizleiter ist durch Brennen oder
Einbetten an einem Fensterglas, insbesondere dem
Heckfensterglas eines Fahrzeugs befestigt. Wie es wohl bekannt ist,
wird der Heizleiter als Antenne oder als Teil eines
Antennenelements für ein AM-Funkband verwendet.
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Fig. 8 ist eine Darstellung, die das Leitermuster einer
Fensterglasantenne dieses Typs zeigt. Eine große Anzahl von
Heizdrähten 2 ist am Beschlagentfernungsbereich eines
Heckfensterglases 1 befestigt, und Spannung wird über
Speisebusse 3 und 4 zugeführt, die mit einem Ende einer oberen und
einer unteren Gruppe der Heizerdrähte verbunden sind, und
sie wird über einen Verzweigungsbus 5 rückgeführt, der mit
dem anderen Ende derselben verbunden ist. Wenn die
Heizerdrähte 2 als AM-Funkempfangsantenne verwendet werden, ist
eine Speiseleitung 7 wie ein Koaxialkabel mit einem
Einspeisepunkt des Verzweigungsbusses 5 verbunden, und ein
Empfangssignal wird über einen Gleichspannungssperrkondensator
8 an einen Tuner ausgegeben.
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Heizströme fließen über magnetisch gekoppelte Drosselspulen
11a und 11b sowie über Speiseleitungen 12 bzw. 13 in den
Speisebussen 3 und 4. Die Drosselspule 11a, die mit einer
Hauptspannungsversorgung +B verbunden ist, und die
Drossel-Spule 11b, die mit dem Massepunkt verbunden ist, sind
negativ gekoppelt, so daß sich die Magnetflüsse aufgrund der
entsprechenden Heizströme einander in den Kernen aufheben,
und Kerne mit kleinem Volumen können für Betrieb in
ungesättigtein Zustand verwendet werden. Für ein empfangenes
Hochfrequenzsignal weisen die Drosselspulen 11a und 11b hohe
Impedanzen auf. Da verhindert wird, daß ein in den
Heizerdrähten 2 induziertes Empfangssignal zu einer
Spannungsversorgung niedriger Impedanz oder nach Masse ausleckt, ist der
Empfangswirkungsgrad verbessert. Es ist zu beachten, daß
eine an die Hauptspannungsversorgung +B angeschlossene Leitung
mit einem Entkopplungskondensator 14 verbunden ist, so daß
keine Störung von der Spannungsversorgung in das
Empfangssignal eingemischt wird.
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Fig. 9 ist ein Ersatzschaltbild für die in Fig. 8
dargestellte Antenne. Ein Bezugszeichen e0 bezeichnet die
elektromotorische Induktionskraft für die Heizerdrähte 2; C1
bezeichnet die reelle Kapazität der Antenne; C2 bezeichnet die
Blindkapazität der Antenne; C3 bezeichnet die Streukapazität
(Blindkapazität) der Speiseleitungen 12 und 13, des
Speisekabels 7 und dergleichen; Cc bezeichnet die Kapazität des
Kondensators 8; R bezeichnet den Innenwiderstand der Antenne
und Lx bezeichnet die Induktivität des Heizdrahtes 2 und der
Drosselspulen 11a und 11b.
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Wenn ein AM-Funksignal durch die Heizerdrähte 2 empfangen
wird, hängt die Größe der elektromotorischen Induktionskraft
e0 von der Abmessung des Heckfensterglases 1 ab. Wenn die
Fensterglasfläche klein ist, ist die elektromotorische
Induktionskraft e0 klein.
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Jedoch verringern sich die Blindkapazitäten C2 und C3 in dem
in Fig. 9 dargestellten Ersatzschaltbild nicht proportional
mit einer Verringerung der Fensterglasfläche. Aus diesem
Grund ist der Signalverlust aufgrund der Blindkapazitäten C2
und C3 relativ erhöht, wenn die Fensterglasfläche klein ist.
Demgemäß kann dann, wenn eine Glasantenne mit kleiner
Empfangsfläche verwendet wird, ein AM-Funksignal nicht gut
empfangen werden.
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Zwei zusätzliche Beispiele für ein solches Empfangssystem
unter Verwendung eines Fensterbeschlag-Entfernungheizers in
einem Kraftfahrzeug und mit einem Antennenelement zum
Zuführen eines Empfangssignals an einen Empfänger über eine
Anpassungsschaltung sind in den veröffentlichten europäischen
Patentanmeldungen EP-A-0 269 924 (Harada) und EP-A-0 146 339
(BSH) offenbart. Beim Harada-System sind getrennte
Kompensationsschaltungen für AM- und FM-Signale bereitgestellt,
wobei jeweilige Bandpaßfilterspulen mit Luftkern zwischen der
Batterie und Heizerdrähten angeordnet sind. Beim BSH-System
sind verschiedene Konfigurationen von Anpassungsschaltungen
auf Grundlage von Drosselspulen in den
Heizerelement-Stromversorgungsleitungen offenbart, die Reihen- oder
Parallelresonanz ergeben, oder Resonanz in zwei Durchlaßbändern, nahe
der Mitte des VHF-Bandes.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Kompensation
für die Verringerung des Gewinns aufgrund von
Blindkapazitäten zu schaffen und die Empfangsempfindlichkeit über einen
weiten Bereich zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird ein Empfangssystem für ein
Kraftfahrzeug angegeben, mit einer Antennenschaltung, die ein
Antennenelement zur Lieferung eines Empfangssignals an einen
Empfänger
über eine Anpassungsschaltung aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anpassungsschaltung folgendes enthält:
erste und dritte Spulen, die die Antennenschaltung mit Erde
verbinden und zusammen mit deren Streukapazität gegen Erde
eine erste Parallelresonanzschaltung bei einer in einem
Empfangsband eingestellten Frequenz bilden, wobei die erste
Spule in Serie zu der dritten Spule geschaltet ist, die
dritte Spule ein Kernelement aufweist, dessen Permeabilität
zwischen unteren und oberen Enden des Empfangsbandes mit
ansteigender Frequenz abnimmt, so daß die Resonanzfrequenz der
Parallelresonanzschaltung mit steigender Empfangsfrequenz
ebenfalls ansteigt, und die Anpassungsschaltung ferner eine
zweite Spule aufweist, die mit der Parallelresonanzschaltung
zusammenarbeitet, um deren Q-Faktor zu kompensieren, so daß
sich ein verbesserter Empfangsgewinn über einen weiten
Bereich von Empfangsfrequenzen ergibt.
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Die Impedanz der Antennenschaltung wird in einem
Empfangsband durch Parallelresonanz erhöht, und Signalschwund
aufgrund der Streukapazität gegen Masse kann verringert werden.
Die Anpassungseinrichtung schafft eine Kompensation dagegen,
daß der Q-Faktor der Parallelresonanzschaltung zu stark
ansteigt, und sie sorgt für Anpassung der Antennenschaltung an
den Empfänger. Die Empfangsempfindlichkeit ist innerhalb
eines Empfangsbandes über einen weiten Bereich verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten
Beschreibung und der Zeichnungen deutlicher, in denen:
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Fig. 1 ein Diagramm für eine Heckfensterglasantenne für ein
Kraftfahrzeug ist, auf die ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung angewandt ist;
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Fig. 2 ein Schaltbild einer Anpassungsschaltung in Fig. 1
ist;
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Fig. 3 ein Schaltbild einer einzelnen
Parallelresonanzschaltung ist, wie sie sich im Stand der Technik findet;
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Fig. 4 ein Diagramm ist, das die
Empfangsempfindlichkeit/Frequenz-Charakteristik zeigt, wenn die in Fig. 3
dargestellte Parallelresonanzschaltung verwendet wird;
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Fig. 5 ein Diagramm ist, das die
Induktivität/Frequenz-Charakteristik einer bei dem in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel verwendeten Spule zeigt;
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Fig. 6 ein Diagramm ist, das die
Empfangsempfindlichkeit/Frequenz-Charakteristik zeigt, wie sie erhalten wird, wenn
die in Fig. 2 dargestellte Anpassungsschaltung verwendet
wird;
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Fig. 7 ein Schaltbild einer Modifizierung der
Anpassungsschaltung ist, die nach einem Speisekabel eingefügt ist;
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Fig. 8 ein Diagramm zu einer herkömmlichen
Fensterglasantenne ist; und
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Fig. 9 ein Ersatzschaltbild zu Fig. 8 ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Fig. 1 ist ein Diagramm einer Heckfensterglasantenne für ein
Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Anpassungsschaltung in Fig.
1. Das Leitermuster auf dem Heckfensterglas 1 und eine
Versorgungsschaltung für Heizströme sind dieselben wie bei Fig.
8. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Empfangssignal
von Heizerdrähten 2, das an einem Speisepunkt 6 gewonnen
wird, einer Anpassungsschaltung 30 zugeführt, und das
Ausgangssignal der Anpassungsschaltung 30 wird einem
Eingangsanschluß 21a eines Tuners 21 über ein 3 m bis 4 m langes
Speisekabel 7 zugeführt.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, sind ein Kondensator Cc und eine
Spule L2 in Reihe zu einem Eingangs- und einem
Ausgangsanschluß 30a und 30b der Anpassungsschaltung 30 geschaltet.
Die Ausgangsseite der Spule L2 ist über eine Reihenschaltung
aus Spulen L1 und L3 mit Masse verbunden.
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Der Kondensator Cc ist ein Kopplungskondensator (mit einer
Kapazität von z.B. 1.000 pF) zum Entnehmen von
Empfangsleistung, die in den Heizerdrähten 2 induziert ist. Ein
Empfangssignal, dessen Gleichspannungskomponente durch den
Kondensator Cc abgeschnitten ist, wird in die Spule L1
eingegeben. Die Spule L2 ist vorhanden, um die
Empfangsempfindlichkeit im Hochfrequenzbereich des AM-Funkbandes zu verbessern.
Die Spule L2 und eine Blindkapazität Cf bilden ein
Tiefpaßfilter, das später zu beschreiben ist. Die Blindkapazität Cf
zwischen dem Ausgangsanschluß 30b und Masse repräsentiert
eine Streukapazität des Speisekabels 7 gegen Masse. Ein
parallel zur Spule L2 geschalteter Kondensator C5 ist ein
Umgehungskondensator (mit einer Kapazität von z.B. 68 pF), der
es ermöglicht, daß ein Empfangssignal im FM-Funkband mit
kleinem Verlust durchläuft, und er wird angeschlossen, wenn
die Heizerdrähte 2 (Antenne) sowohl für AM- als auch FM-
Funksignale verwendet werden.
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Die Reihenschaltung der Spulen L1 und L3 und der
Blindkapazität Cf bilden eine erste Parallelresonanzschaltung 31.
Wenn die Parallelresonanzschaltung 31 in Parallelresonanz
schwingt, kann die Blindkomponente aufgehoben werden, um den
Leistungsempfangswirkungsgrad zu verbessern. Wenn ein 4 m
langes Speisekabel 7 mit einer verteilten Kapazität von
30 pF/m verwendet wird, beträgt die Blindkapazität Cf
ungefähr 120 pF. In diesem Fall beträgt die Induktivität der
Spule L2 180 uH und die Spule L3 hat eine Induktivität von
130 uH als Nennwert. Die Induktivität der Spule L3 hat eine
Frequenzcharakteristik, wie dies später beschrieben wird.
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Wie es im Schaltbild von Fig. 3 zum Stand der Technik
dargestellt ist, wird dann, wenn die nur die Spule L1 der festen
Induktivität parallel zur Blindkapazität Cf geschaltet wird,
das Empfangsband sehr schmal und die Empfindlichkeit liegt
in einem Bereich von 800 bis 1.300 kHz, wie dies im
Frequenzcharakteristikdiagramm für die Empfangsempfindlichkeit
in Fig. 4 dargestellt ist.
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Um eine breitbandige Empfangscharakteristik zu erhalten, ist
die in Reihe mit der Spule L1 geschaltete Spule L3 mit einer
Induktivität/Frequenz-Charakteristik versehen, wie sie in
Fig. 5 dargestellt ist. Genauer gesagt, ist in einem
Niederfrequenzbereich bis zu 200 kHz die Induktivität im
wesentlichen konstant, nämlich ungefähr 140 uH, und in einem
Frequenzbereich über 200 kHz fällt die Induktivität stark mit
zunehmender Frequenz. In einem AM-Empfangsband zwischen
Punkten o und x beträgt die Induktivität 95 uH bei 500 kHz
und beträgt 10 uH bei 1.500 kHz.
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Die Spule L3 wird dadurch ausgebildet, daß ein Draht mit
einem Durchmesser von 0,4 mm mit sieben Windungen um einen
ringförmigen Kern TC hoher Permeabilität (u = 5.000)
gewikkelt wird.
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Danach nimmt die Gesamtinduktivität L1 + L3 der ersten
Parallelresonanzschaltung 31 in einem Empfangsband von 500 kHz
bis 1.500 kHz von 275 uH auf 190 uH ab. Aus diesem Grund ist
der Resonanzpunkt der ersten Parallelresonanzschaltung 31
zum Hochfrequenzbereich hin verschoben, zusammen mit einer
Zunahme der Frequenz eines Empfangssignals. Daher kann die
erste Resonanzschaltung 31 eine breitbanddickere
Frequenzcharakteristik aufweisen.
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Ferner ist zum Verbessern der Empfangsempfindlichkeit im
Niederfrequenzbereich ein Kondensator C6 parallel zur Spule
L3 geschaltet, um eine zweite Resonanzschaltung 32 zu
bilden. Die Kapazität des Kondensators C6 ist abhängig von der
Blindkapazität Cf eingestellt, und die zweite
Parallelresonanzschaltung 32 weist Resonanz nahe 800 kHz im
Niederfrequenzbereich auf. Die Kapazität des Kondensators C6 ist so
eingestellt, daß sie ungefähr 280 pF beträgt, wenn die
Blindkapazität Cf = 120 pF ist.
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Wie oben beschrieben, wird die erste
Parallelresonanzschaltung 31 im mittleren und hohen Frequenzbereich des
Empfangsbandes in Parallelresonanz betrieben und die zweite
Parallelresonanzschaltung 32 wird im Niederfrequenzbereich des
Empfangsbandes in Parallelresonanz betrieben. Infolgedessen
kann, wie dies durch eine Charakteristikkurve A im
Empfangsempfindlichkeitsdiagramm von Fig. 6 angezeigt ist, gutes
Empfangsfunktionsvermögen über einen sehr breiten Bereich
erzielt werden. Die Charakteristik A wird erzielt, wenn eine
Reihenschaltungsspule L2 weggelassen wird, die nachfolgend
beschrieben wird.
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Um die Empfangsempfindlichkeit im Hochfrequenzbereich weiter
zu verbessern, ist die Spule L2 zum Ausbilden eines
Tiefpaßfilters 33 zusammen mit der Blindkapazität Cf angeordnet.
Wenn die Induktivität der Spule L2 ungefähr 47 uH beträgt,
bewirkt dies mit einer Blindkapazität Cf von 120 pF eine Art
Resonanz bei ungefähr 2 MHz. Wie durch eine
Charakteristikkurve
B, die in Fig. 6 durch eine gestrichelte Kurve B
dargestellt ist, angezeigt, ist die Empfindlichkeit in den
Bereichen mittlerer und höherer Frequenz des Empfangsbandes
verbessert.
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Die Anpassungsschaltung 30 in Fig. 1 ist an einem Ende des
Speisekabels 7 auf der Seite des Fensterglases 1 eingefügt.
Die Anpassungsschaltung 30 kann am anderen Ende des
Speisekabels 7 auf der Seite des Tuners 21 eingefügt sein. Die
Antenne und die Anpassungsschaltung 30 sind über das
Speisekabel 7 miteinander verbunden. Bei dieser Anordnung kann die
Blindkapazität aus einer Streukapazität der Glasantenne mit
den Heizerdrähten 2 gegen Masse sowie einer Streukapazität
des Kabels 7 gegen Masse bestehen, die beide parallel
gestaltet sind.
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Die Anpassungsschaltung 30 kann in den Tuner 21
eingeschlossen sein. Der Kondensator C5 zum Vorbeileiten eines
FM-Empfangssignals kann weggelassen werden, wenn die
Anpassungsschaltung 30 in einem AM-Tuner angeordnet ist.
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Fig. 7 ist eine Modifizierung der Anpassungsschaltung 30,
bei der die Spule L1 dadurch beseitigt ist, daß die
Induktivität der Spule L3 und die Permeabilität eines ringförmigen
Kerns für die Spule L3 vorteilhaft eingestellt sind. Eine
ähnliche Funktion wie die für Fig. 2 ist bei dieser
Anordnung wirksam. Z.B. kann ein Kernmaterial mit einer
Permeabilität u mit dem hohen Wert von 2.500 bis 8.000 für die Spule
L3 verwendet werden, wenn ein 3 m bis 4 m langes Speisekabel
7 mit einer Blindkapazität Cf von ungefähr 120 pF verwendet
wird. Die Spule L3 wird so auf den Kern gewickelt, daß sich
eine Induktivität von 850 uH bei 500 kHz und von 75 uH bei
1.700 kHz ergibt. Eine Reihenschaltungsspule L2 und ein
Kondensator C5 parallel dazu können angeordnet werden, falls
erforderlich.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird
eine Resonanzspule, deren Induktivität mit einer Zunahme der
Empfangsfrequenz abnimmt, parallel zu einer Streukapazität
gegen Masse angeordnet, die am Eingangsanschluß eines Tuners
auf der Antennenseite auftritt, und sie wird im Empfangsband
in Parallelresonanz betrieben. Aus diesem Grund ist Q zu
hoch und das Band ist zu eng, wenn lediglich eine konstante
induktivität verwendet wird, die in Parallelresonanz mit der
Blindkapazität betrieben wird. Wenn die Induktivität jedoch
mit einer Frequenzcharakteristik im Empfangsband versehen
ist, ändert sich die Resonanzfrequenz abhängig von der
Empfangsfrequenz und eine Gewinnverringerung aufgrund der
Streukapazität gegen Masse kann über einen weiten Bereich
kompensiert werden. Daher kann die Empfangsempfindlichkeit
einer Antennenschaltung mit großer Blindkapazität über das
gesamte Empfangsband verbessert werden.