專利名稱：天線放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)UKW無線電接收用的天線放大器，該天線放大器具有一個(gè)信號放大器、一個(gè)調(diào)節(jié)放大器、以及一個(gè)用于阻抗匹配和用于天線信號衰減的可調(diào)節(jié)的執(zhí)行元件。此外本發(fā)明涉及這種可調(diào)節(jié)的執(zhí)行元件。
如果天線是不良匹配的和/或擁有微小的天線效率，那么，象為了改善無線電接收而用于移動(dòng)接收那樣的UKW天線放大器則屬于現(xiàn)有技術(shù)。在發(fā)射機(jī)附近接收時(shí)，在天線放大器中和甚至在連接在后面的汽車無線電中出現(xiàn)很高的電平。當(dāng)一種互調(diào)制分量以其頻率進(jìn)入所調(diào)節(jié)的接收信道中時(shí)，這些高電平引起一種干擾接收的互調(diào)制。在放大器輸入端上采用具有電平調(diào)節(jié)元件的天線放大器，用于防止這些干擾。在達(dá)到所調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閾值時(shí)這促使，即使當(dāng)輸入電平進(jìn)一步提高，即進(jìn)一步上升時(shí)，執(zhí)行元件輸出端上的電平和互調(diào)制分量則不進(jìn)一步上升。但是這僅適用于在電路之內(nèi)所實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)范圍。在所述的調(diào)節(jié)范圍之上輸出電平以象輸入電平那樣的相等的程度上升。
具有上述這些特征的放大器是公知的，并譬如是出口到美國的。這種放大器尤其用在為出口美國而指定的汽車中。所述公知的放大器具有以下的主要缺點(diǎn)所調(diào)節(jié)輸出電平的大小強(qiáng)烈依賴于環(huán)境溫度。此外所述的調(diào)節(jié)范圍-即在上升的輸入電平情況下輸出電平保持不變的范圍-不是足夠大的。
對環(huán)境溫度的依賴關(guān)系造成，在天線放大器上可能出現(xiàn)譬如-40C溫度的寒冷冬季中，所調(diào)節(jié)的輸出電平具有一個(gè)不同于天線放大器上的溫度可能上升到譬如約90℃的炎熱夏季中的值。因此所述接收系統(tǒng)的特性在橫穿大信號區(qū)域時(shí)依賴于季節(jié)。
有欠缺的調(diào)節(jié)范圍意味著，在執(zhí)行元件中輸入電平僅衰減少數(shù)幾個(gè)分貝。因此幾乎不改善接收，因?yàn)閮H少量抑制了互調(diào)制。
附圖5展示了按照對輸出電平進(jìn)行調(diào)節(jié)的現(xiàn)有技術(shù)的一種天線放大器的電路圖。此時(shí)，天線放大器包括一個(gè)信號放大器V、以及一個(gè)控制PIN二極管PIN的調(diào)節(jié)電路RS、和一種具有天線信號的輸入端HF-E的以及所放大信號的輸出端HF-A的天線匹配器A。從信號放大器V的輸出信號中分流通向整流器Dg，Rg，Cg的一個(gè)微小份額的功率。在所述調(diào)節(jié)電路RS中，在第一運(yùn)算放大器級OPl中整流電壓Ug被放大，并在第二級OP2中被積分。所述的輸出信號控制一個(gè)其陽極連接在正電壓上的，并在高頻方面經(jīng)電容器與地連接的PIN二極管PIN上。當(dāng)所述的二極管PIN完全接通時(shí)，它將HF電壓向接地方向短接。在HF整流器的二極管Dg中產(chǎn)生所述的溫度依賴關(guān)系。為了使這里出現(xiàn)的導(dǎo)通電壓的大的波動(dòng)范圍不會導(dǎo)至功能失靈，必須如此來選擇調(diào)節(jié)閾值的高度，使得所產(chǎn)生的整流電壓與導(dǎo)通電壓的由溫度所決定的波動(dòng)范圍相比較是大的。在這種公知的放大器裝置上解決方案在于，在串聯(lián)諧振電路Ls/Cs的高點(diǎn)上采集輸出電壓，在那里電壓由于高阻抗而是高于直接在放大器輸出端上的電壓。但是現(xiàn)在在整流器二極管Dg上施加著一個(gè)在那里造成一種互調(diào)制問題的高電壓。
在這里調(diào)節(jié)范圍的大小和因此通過PIN二極管PIN最大可以達(dá)到的衰減依賴于，與PIN二極管PIN形成一種分壓器的天線阻抗。這種分壓器的比例必須是大的，以便實(shí)現(xiàn)天線信號的高的衰減。這可以用天線的高的源阻抗來實(shí)現(xiàn)，但是這種阻抗很強(qiáng)烈地依賴于頻率而變化。隨著阻抗的波動(dòng)，衰減的在最大PIN二極管電流時(shí)產(chǎn)生的頻率特性也是不均勻的。
因此本發(fā)明所基于的任務(wù)是創(chuàng)造一種開始所述方式的天線放大器和一種用于匹配天線信號的電路，由此在調(diào)節(jié)范圍中達(dá)到互調(diào)制間距的放大，以及顯著改善所調(diào)節(jié)的輸出電平與環(huán)境溫度的依賴關(guān)系。
通過一種按權(quán)利要求1的執(zhí)行元件以及一種按權(quán)利要求6的天線放大器解決此任務(wù)。本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求給出。
在本發(fā)明中以兩個(gè)步驟實(shí)施在具有至少一個(gè)PIN二極管的執(zhí)行元件中的天線匹配。在第一步驟中在實(shí)施為模塊的第一匹配器中進(jìn)行天線與PIN二極管的匹配，其目的在于達(dá)到一種具有微小頻率特性的盡可能大的衰減。在第二步驟中在第二匹配電路中進(jìn)行與串聯(lián)的第二模塊中的放大器阻抗的匹配。
此時(shí)，所述的PIN二極管可以是并聯(lián)或串聯(lián)的。在并聯(lián)的二極管上通過所述的第一匹配將所述的天線阻抗轉(zhuǎn)換到高歐姆的范圍中。在串聯(lián)的二極管上通過所述的第一匹配將所述的天線阻抗轉(zhuǎn)換到低歐姆的范圍中。
在本發(fā)明的UKW無線電接收用的天線放大器中將一個(gè)調(diào)節(jié)信號施加到調(diào)節(jié)放大器的執(zhí)行元件的PIN二極管上，所述的天線放大器具有一個(gè)信號放大器、一個(gè)既用于將所述的天線阻抗與信號放大器阻抗進(jìn)行匹配也用于衰減天線信號的執(zhí)行元件、和一個(gè)調(diào)節(jié)放大器。
在所述的從施加在信號放大器輸出端上的HF信號中推導(dǎo)出調(diào)節(jié)信號的調(diào)節(jié)放大器中，布置了具有兩個(gè)二極管的整流器。為了補(bǔ)償溫度波動(dòng)，所述的兩個(gè)二極管在熱方面是彼此耦合的，譬如通過它們是布置在一個(gè)共同的載體元件上的方式。
以下借助附圖詳述本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式。
附

圖1展示了一種本發(fā)明的具有并聯(lián)PIN二極管的執(zhí)行元件的方框電路圖；附圖2展示了一種本發(fā)明的具有串聯(lián)PIN二極管的執(zhí)行元件的方框電路圖；附圖3展示了PIN二極管的和PIN二極管并聯(lián)電路和串聯(lián)電路的天線的復(fù)反射率；附圖4展示了一種具有比例或積分整流器調(diào)節(jié)放大器的本發(fā)明的天線放大器；和附圖5展示了一種按現(xiàn)有技術(shù)的天線放大器。
執(zhí)行元件實(shí)施形式的以下的說明局限于僅采用一個(gè)PIN二極管。一個(gè)單個(gè)的-相對于在裝置中作為T或Pi網(wǎng)絡(luò)或半節(jié)網(wǎng)絡(luò)(Halbglieder)的多個(gè)PIN二極管的-優(yōu)點(diǎn)在于它們的控制用的微小工作量。但是不排除在一個(gè)執(zhí)行元件中采用多于一個(gè)PIN二極管，其中，在此情況下必須彼此協(xié)調(diào)PIN二極管的電流，并必須以對串聯(lián)二極管的180°的相移控制并聯(lián)的二極管，由此顯著提高了相對于用一個(gè)PIN二極管的解決方案的工作量。
附圖1展示了一種連接在具有天線阻抗ZA的天線1和具有輸入阻抗ZV的天線放大器3之間的可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件2。所述的執(zhí)行元件2包括一個(gè)并聯(lián)的PIN二極管4，其中，在二極管4之前或之后分別布置了一種匹配器5或6。此外，所述的執(zhí)行元件2具有一個(gè)控制輸入端7。天線阻抗ZA與放大器3的阻抗ZV的匹配以兩個(gè)步驟來進(jìn)行，即通過第一匹配器5，以此第一匹配器5將天線阻抗轉(zhuǎn)換成第一中間阻抗ZAP*以用于與PIN二極管4的阻抗Zpp相匹配，和通過第二匹配器6，以此第二匹配器6將第一中間阻抗ZAP*轉(zhuǎn)換成第二中間阻抗ZV*以用于PIN二極管4與放大器3阻抗ZV相匹配。
對于具有微小頻率特性的最大衰減，必須將附圖1中并聯(lián)PIN二極管4上的天線阻抗ZA與實(shí)數(shù)軸對稱地轉(zhuǎn)換到高歐姆的范圍中(ZAP*)。
附圖3將一種示范性的天線阻抗曲線ZAP*，與那種在PIN二極管阻抗Zpp和所連接放大器的被轉(zhuǎn)換的輸入阻抗ZV*相并聯(lián)時(shí)所產(chǎn)生的阻抗-在附圖3中為Zpp//ZV*-進(jìn)行了對比。在示出的阻抗比例下，當(dāng)接通所述的二極管4時(shí)，在具有阻抗ZAP*的源和具有阻抗Zpp//ZV*的負(fù)載之間的錯(cuò)誤匹配變成最大，而輸出功率變成最小。衰減最大值位于傳輸頻段的中心。用這種措施不僅在未衰減的情況下-兩個(gè)匹配模塊共同對此負(fù)責(zé)-，而且也在上述衰減的情況下使整個(gè)放大器的頻率特性在很大程度上是平緩的。用fm表示通過箭頭指明的中心頻率。
附圖2再現(xiàn)了串聯(lián)布置PIN二極管4的情況。執(zhí)行元件2甚至在這里是布置在天線1和放大器3之間的，其中，執(zhí)行元件2具有用于使天線阻抗ZA與PIN二極管4匹配的第一匹配器5，和用于使PIN二極管4與放大器阻抗ZV匹配的第二匹配器6。執(zhí)行元件2此外具有一個(gè)經(jīng)電感8與二極管4的陽極相連的控制輸入端7。在陰極方面一個(gè)其它的電感9與地相連接。
在串聯(lián)電路中，二極管4甚至在接通的狀態(tài)下由于它的有限導(dǎo)電值而按阻抗比例不同引起信號的至少為0.5至2db的衰減，并因此惡化信/噪比達(dá)同等的值。另一方面當(dāng)斷開PIN二極管4時(shí)，一般可以達(dá)到比在并聯(lián)電路中要更高的衰減值。
在串聯(lián)情況下在阻斷二極管4時(shí)達(dá)到最大的衰減。因此對于斷開的串聯(lián)PIN二極管4時(shí)的最大的衰減，必須將天線阻抗ZA對稱于實(shí)數(shù)軸地轉(zhuǎn)換到低歐姆的范圍中。在附圖3中為此將一種示范性轉(zhuǎn)換的天線阻抗ZAS*，與這種在附圖2的串聯(lián)情況下由PIN二極管阻抗ZPS和所轉(zhuǎn)換的放大器輸入阻抗ZV*組成的串聯(lián)電路所得出的阻抗-即ZPS+ZV*-進(jìn)行了對比。在示出的阻抗比例下，當(dāng)斷開所述的二極管4時(shí)，在具有阻抗ZAS*的源和具有阻抗ZPS+ZV*的負(fù)載之間的錯(cuò)誤匹配變成最大，而輸出功率因而變成最小。
連接在后面的放大器3上的輸入阻抗既在并聯(lián)的，也在串聯(lián)的PIN二極管4情況下對最大可達(dá)到的衰減沒有明顯的影響，因?yàn)樗诓⒙?lián)電路情況下與PIN二極管阻抗相比是大的，而在串聯(lián)電路情況下與PIN二極管阻抗相比是小的。
最后要提及的是，在采用具有多個(gè)PIN二極管的執(zhí)行元件時(shí)產(chǎn)生了必須相互協(xié)調(diào)各個(gè)二極管電流的問題。此外，用對串聯(lián)二極管的180°的相移控制并聯(lián)的二極管。這提高了工作量，因此在車輛天線放大器上優(yōu)選地采用一種僅具有一個(gè)并聯(lián)二極管的解決方案。對于具有多個(gè)PIN二極管的電路裝置，一種Pi或T網(wǎng)絡(luò)、或Pi或T半節(jié)網(wǎng)絡(luò)屬考慮之列。
附圖4展示了具有信號放大器3、調(diào)節(jié)放大器10以及執(zhí)行元件2的本發(fā)明天線放大器的電路圖，其中，由調(diào)節(jié)放大器10的輸出信號調(diào)節(jié)執(zhí)行元件2的PIN二極管4。此外，所述的天線放大器具有天線信號的輸入端HF-E(未示出)，以及所放大信號的輸出端HF-A。首先來考慮在附圖4的調(diào)節(jié)放大器10的上方連接了電阻R2，而不是電容器C2的情況。調(diào)節(jié)放大器10在此情況下起著比例整流器調(diào)節(jié)放大器的作用。運(yùn)算放大器OP與四個(gè)電阻R1，R2，R1*，R2*共同形成具有輸入端E2上的輸入電壓Ul和輸入端E1上的總和電壓Ul+Uref的減法器。在所述的優(yōu)選的實(shí)施形式中電阻R1和R1*以及電阻R2和R2*是等同的。當(dāng)用相對于地電位為正的和負(fù)的運(yùn)行電壓供應(yīng)運(yùn)算放大器OP時(shí)，調(diào)節(jié)閾值之下的運(yùn)算放大器OP的輸出電壓Ua是Ua＝-Uref●(R2/R1)。在僅僅正的運(yùn)行電壓時(shí)Ua＝0伏。所述兩個(gè)二極管D1和D2形成與運(yùn)算放大器OP的輸入端串聯(lián)的電壓源。它們兩個(gè)流過一個(gè)基本上通過電壓Ul和Ul+Uref(其中Uref與Ul相比是小的)和電阻Rg決定的同等大的靜態(tài)電流。為了達(dá)到熱耦合，兩個(gè)二極管D1和D2位于相同的殼體中，或位于相同的芯片上，并因此有一個(gè)幾乎相等的溫度系數(shù)。在環(huán)境溫度變化時(shí)，二極管D1，D2的導(dǎo)通電壓因此以相同的程度變化。輸出電壓保持不變。
在放大器3的輸出端上輸出的HF電壓UHF在二極管D1上引起用系數(shù)R2/R1放大的整流電壓UR。用電阻Rref調(diào)定調(diào)節(jié)閾值，-只有當(dāng)UR＞Uref時(shí)，才得出運(yùn)算放大器OP的一種正的輸出電壓，并因此得出一種通過PIN二極管4的電流-，并通過電阻比例R2/R1調(diào)定調(diào)節(jié)特性曲線的斜率。在調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，在與HF輸入電壓的比較中調(diào)節(jié)特性曲線的斜率是HF輸出電壓上升的一個(gè)尺度。在這種調(diào)節(jié)原理情況下調(diào)節(jié)偏差保持不變，但是調(diào)節(jié)是很迅速的，因?yàn)閮H須將HF整流器中的電容器Cg再充電。
如果在附圖4的天線放大器中在調(diào)節(jié)放大器10中不連接電阻R2，而是連接電容器C2，則產(chǎn)生一種具有積分整流器調(diào)節(jié)放大器10的天線放大器。在積分器中按公式Ua=-1R1*C2*∫01(Uref-UR(t))dt]]>積分和放大整流電壓。所述的積分器促使不出現(xiàn)調(diào)節(jié)偏差。這意味著調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)的天線放大器的所調(diào)節(jié)的輸出電平保持常數(shù)。在調(diào)節(jié)閾值之下的HF電平情況下，積分整流器調(diào)節(jié)放大器10的輸出電壓位于Ua＝OV上。用Uref調(diào)定所調(diào)節(jié)的輸出電壓的值-只有當(dāng)差值Uref-UR得出一個(gè)正值時(shí)，運(yùn)算放大器OP的輸出電壓才也是正的，并得出一個(gè)通過PIN二極管4的電流。
電阻Rv降低向整流器分流的功率，并因此改善互調(diào)制間距。
權(quán)利要求
1.可調(diào)節(jié)的執(zhí)行元件，具有至少一個(gè)用于使天線(1)的阻抗(ZA)與信號放大器(3)的阻抗(ZV)相匹配的PIN二極管(4)，其特征在于，所述的執(zhí)行元件(2)具有一種用于使天線阻抗(ZA)與PIN二極管(4)的阻抗(ZpS，Zpp)相匹配的第一匹配器(5)，和一種用于使PIN二極管(4)的阻抗與放大器(3)的阻抗(ZV)相匹配的第二匹配器(6)。
2.按權(quán)利要求1的執(zhí)行元件，其特征在于，所述的PIN二極管(4)是并聯(lián)或串聯(lián)的。
3.按權(quán)利要求2的執(zhí)行元件，其特征在于，在并聯(lián)的二極管(4)情況下通過所述的第一匹配器(5)將所述的天線阻抗(ZA)轉(zhuǎn)換到高歐姆的范圍(ZAP*)中。
4.按權(quán)利要求2的執(zhí)行元件，其特征在于，在串聯(lián)的二極管(4)情況下通過所述的第一匹配器(5)將所述的天線阻抗(ZA)轉(zhuǎn)換到低歐姆的范圍(ZAP*)中。
5.按以上權(quán)利要求之一的執(zhí)行元件，其特征在于，所述的執(zhí)行元件(2)具有多個(gè)PIN二極管(4)作為Pi、或T網(wǎng)絡(luò)或T半節(jié)網(wǎng)絡(luò)。
6.移動(dòng)UKW無線電接收用的天線放大器，具有一個(gè)信號放大器(3)、一個(gè)按以上權(quán)利要求之一的用于將所述的天線阻抗(ZA)與信號放大器阻抗(ZV)相匹配的執(zhí)行元件(2)、和一個(gè)用于調(diào)節(jié)所述執(zhí)行元件(2)的調(diào)節(jié)放大器(10)。
7.按權(quán)利要求6的天線放大器，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)放大器(10)具有一個(gè)用于整流電壓的整流器和一個(gè)放大所述的整流電壓的運(yùn)算放大器(OP)。
8.按權(quán)利要求7的天線放大器，其特征在于，-調(diào)節(jié)放大器(10)的所述的運(yùn)算放大器(OP)與四個(gè)電阻(R1，R2，R1*，R2*)共同形成一個(gè)減法器，該減法器具有在調(diào)節(jié)放大器的第二輸入端(E2)上的一個(gè)第一輸入電壓(Ul)，和在第一輸入端(E1)上的一個(gè)第二輸入電壓(Ul+Uref)，-兩個(gè)二極管(D1，D2)是通向所述運(yùn)算放大器的輸入端的串聯(lián)電壓源，這兩個(gè)二極管(D1，D2)由一個(gè)通過電壓(U-，U+)和電阻(Rg)決定的近似相等大的靜態(tài)電流流過，-通過機(jī)械的途徑在熱方面如此地耦合兩個(gè)二極管(D1，D2)，使得它們具有一種幾乎相等的溫度系數(shù)，和-在所述放大器(3)的輸出端上輸出的HF電壓(UHF)在所述兩個(gè)二極管(D1)中的一個(gè)上引起一個(gè)以系數(shù)(R2/R1)被放大的整流電壓(UR)。
9.按權(quán)利要求7的天線放大器，其特征在于，-所述的運(yùn)算放大器(OP)與三個(gè)電阻(R1，R1*，R2*)和電容器(C2)共同形成一個(gè)積分減法器，該積分減法器具有在調(diào)節(jié)放大器(10)的第一輸入端(E1)上的一個(gè)輸入電壓(Ul)，和在第二輸入端(2)上的一個(gè)第二輸入電壓(Ul+Uref)，-兩個(gè)二極管(D1，D2)是通向所述運(yùn)算放大器的輸入端的串聯(lián)電壓源，這兩個(gè)二極管(D1，D2)由一個(gè)通過電壓(U-，U+)和電阻(Rg)決定的近似相等大的靜態(tài)電流流過，-通過機(jī)械的途徑在熱方面如此地耦合兩個(gè)二極管(D1，D2)，使得它們具有一種幾乎相等的溫度系數(shù)，和-在所述放大器的輸出端上輸出的HF電壓(UHF)在所述兩個(gè)二極管(D1)中的一個(gè)上引起一個(gè)以系數(shù)(R2/R1)被放大的整流電壓(UR)。
10.按權(quán)利要求8或9之一的天線放大器，其特征在于，所述的天線放大器具有一個(gè)用于調(diào)節(jié)二極管靜態(tài)電流的電阻(Rr)和一個(gè)用于調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)閾值的電阻(Rref)。
11.按權(quán)利要求8-10之一的天線放大器，具有一個(gè)用于降低向調(diào)節(jié)放大器(10)分流的功率的電阻(Rv)。
全文摘要
移動(dòng)UKW無線電接收用的天線放大器，具有一個(gè)信號放大器、一個(gè)具有用于阻抗匹配的PIN二極管(4)的可調(diào)節(jié)執(zhí)行元件(10)、以及一個(gè)用于調(diào)節(jié)所述執(zhí)行元件的調(diào)節(jié)放大器。所述的天線放大器具有一種因環(huán)境溫度中的很大差異(夏季/冬季)而產(chǎn)生的溫度特性補(bǔ)償，從而優(yōu)化了所述的PIN二極管連接點(diǎn)，且調(diào)節(jié)范圍被最大化。
文檔編號H03F1/30GK1421069SQ01807447
公開日2003年5月28日 申請日期2001年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月28日
發(fā)明者H·J·拉丹特, R·舒爾策 申請人:羅伯特-博希股份公司