專利名稱：自動增益控制的vhf/uhf天線調(diào)諧設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于接收例如電視信號的廣播信號天線的調(diào)諧設(shè)備。
背景信息常規(guī)的室內(nèi)TV天線系統(tǒng)一般包括兩個分別用于VHF和UHF接收的單獨天線。用于接收VHF波段的天線使用一對形成對稱振子天線的伸縮單元，每個單元具有從4到6英尺(1.5到2.5米)的最大長度。兩個單元通常安裝得允許單元舒展開或縮短對稱振子長度，這些單元通常稱為“兔耳”。室內(nèi)UHF天線一般是具有大約71/2英寸(20cm)直徑的環(huán)。
與常規(guī)室內(nèi)天線系統(tǒng)相關(guān)的一個問題是VHF對稱振子的物理尺寸對于安放在普通客廳中太長，而且對稱振子單元的長度和方向需要根據(jù)接收信道調(diào)節(jié)。第二個問題是這種常規(guī)室內(nèi)VHF/UHF天線的性能隨天線單元附近物理環(huán)境的改變而改變。例如，由于與天線接觸的人體改變了與天線單元有關(guān)的電磁環(huán)境，使用戶很難適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)天線。第三個問題是常規(guī)室內(nèi)天線系統(tǒng)不總能為良好接收提供足夠的信號電平。
需要一種包括緊湊尺寸的天線系統(tǒng)，其能夠在整個VHF/UHF廣播波段頻率上接收足夠信號電平不用任何物理調(diào)節(jié)。此外，需要這樣一種天線系統(tǒng)，其或能用于室內(nèi)或能用于室外應(yīng)用。
概述按照本發(fā)明，用于VHF/UHF信號的一種調(diào)諧設(shè)備包括用于控制放大器增益的一個包含放大器的自動增益控制(AGC)裝置和多個耦合到輸入與放大器之間的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。多個匹配網(wǎng)絡(luò)的每個專門地對AGC裝置提供各個RF信號群，該信號群包括多個可接收的廣播信道。響應(yīng)RF信號群電平控制放大器的增益。
本發(fā)明的另一個方面如下在用于為接收機提供VHF/UHF信號的天線系統(tǒng)中，接收機具有遙控發(fā)射器，用于產(chǎn)生控制信號以選擇對應(yīng)各個廣播信道的VHF/UHF信號中的單個信號，設(shè)備包括(1)多個匹配網(wǎng)絡(luò)連接在天線可以連接到的輸入與輸出電路之間用于提供天線與輸出電路之間的阻抗匹配，其中多個匹配網(wǎng)絡(luò)的每個專門地對輸出電路提供各個RF信號群，該信號群包括多個可接收的廣播信道和(2)耦合到多個匹配網(wǎng)絡(luò)的控制裝置并響應(yīng)由遙控發(fā)射器產(chǎn)生的控制信號以為選擇多個匹配網(wǎng)絡(luò)選擇對應(yīng)各個信道的VHF/UHF信號中。
附圖簡介在圖中

圖1表示所公開的平面天線系統(tǒng)方面的一個實施例，該系統(tǒng)包括一個平面天線和一個包括調(diào)諧裝置和一個增益控制放大器的調(diào)諧單元；圖2表示平面天線系統(tǒng)使用的示范性應(yīng)用；圖3表示平面天線系統(tǒng)使用的另一個示范性應(yīng)用；圖4表示平面天線實施例的俯視圖；圖5表示圖4所示平面天線實施例的底視圖；圖6表示平面天線實施例的VSWR特性(50-800MHz)。
圖7表示在一個低波段VHF電視信道頻率(67.25MHz)上平面天線實施例的方向圖；和圖8-10是所述調(diào)諧器單元方式的實施例的示意圖，該調(diào)諧器單元包括多個可選擇匹配網(wǎng)絡(luò)和一個由內(nèi)置AGC裝置控制的可控增益放大器。
在各個圖中，相同或相似單元由相同參考數(shù)字代表。
優(yōu)選實施例說明在此應(yīng)用中，術(shù)語“電視設(shè)備”用于描述包括至少一個電視調(diào)諧器的任何電視設(shè)備(例如電視接收機、VCR等)。
圖1說明了應(yīng)用本發(fā)明方式的VHF/UHF平面天線系統(tǒng)。該平面天線系統(tǒng)包括平面天線10和調(diào)諧單元30。平面天線10和調(diào)諧單元30由同軸電纜20耦合。對于該示范性實施例，同軸電纜20的特性阻抗為75歐姆。
調(diào)諧器單元30包括調(diào)諧裝置31和增益可控制放大器33。增益可控制放大器33是可選項并在電視廣播信號足夠強的地方可以不包括在調(diào)諧器單元30內(nèi)。調(diào)諧裝置31包括多個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)610(例如，帶通濾波器)用于對應(yīng)的多個廣播頻率波段(細節(jié)見圖8)。普通紅外(IR)遙控器40用于同時選擇調(diào)諧單元30內(nèi)的匹配網(wǎng)絡(luò)和用于電視設(shè)備50的信道兩者。當(dāng)然，單獨的IR遙控器可以用于單獨地選擇適合的匹配網(wǎng)絡(luò)。放大器33的增益由內(nèi)置自動增益控制(AGC)裝置自動地控制(見圖8-10的示意圖)。
圖2表示平面天線系統(tǒng)室內(nèi)使用的應(yīng)用之一。在此平面天線10位于電介質(zhì)材料制造的平面天線外殼11內(nèi)。天線外殼11包括平面天線10懸掛在墻上，而調(diào)諧器單元30安放在電視設(shè)備50頂上。同軸電纜20用于在平面天線10與調(diào)諧器單元30之間耦合。天線外殼11可以設(shè)計得防水為了室外使用。
圖3表示平面天線系統(tǒng)使用的另一個應(yīng)用。在此調(diào)諧器單元30安放在放置在電視設(shè)備50頂上的天線外殼11的下面。
圖4和5分別表示平面天線10的俯視圖和底視圖100、200。該平面天線10的天線單元在許多方面與傳統(tǒng)對稱振子(兔耳)或環(huán)狀天線不同。尤其是，根據(jù)微帶技術(shù)開發(fā)的單元，和單元的統(tǒng)一方向圖促使平面天線系統(tǒng)提供電視信號的全方位接收成為可能，這可以從圖7所示的該天線方向圖特性看出。這樣，一旦安裝就不需要對天線的方向進行調(diào)整。在水平平面內(nèi)的全方位特征認為是由RF電流大多數(shù)沿平面天線單元的每個邊緣流過所產(chǎn)生的。
如同圖4和5表示的示范性實施例，天線單元直接蝕刻在印刷電路板上(PCB)，例如由Glasteel Industrial Laminates制造的“MC3D”型中頻疊層板(0.062英寸厚度，雙面PCB板具有介電常數(shù)3.53+/-0.08)。PCB的尺寸近似12乘12英寸(30×30cm)。在PCB的每側(cè)形成VHF和UHF天線單元，在一側(cè)上的VHF和UHF單元在形狀上基本上是相同的，對應(yīng)PCB另一側(cè)上的VHF和UHF單元。另外，前者相對于后者轉(zhuǎn)動90度。
VHF天線單元的特色是統(tǒng)一“H”型配置?！癏”型的每端上的天線單元近似2.5英寸(6.5cm)寬×12英寸(30cm)長?！癏”型的兩端通過近似1英寸(2.5cm)寬乘7英寸(17.5cm)長的微帶傳輸線連接起來形成“H”型。如上所述，PCB各個側(cè)面上的兩個“H”型VHF單元在形狀上基本上相同，在頂側(cè)面上的VHF單元對于PCB底側(cè)面上的單元轉(zhuǎn)動90度。
用于VHF信號“H”型單元的每個由下列三個分開區(qū)域的組合形成(在括號中表示底側(cè)面上各個對應(yīng)區(qū)域的參考號碼)(1)“S”型主要區(qū)域120(220)；(2)第一附加區(qū)域150(250)；和(3)第二附加區(qū)域160(260)。第一附加區(qū)域150(250)近似2.5英寸(6.5cm)寬乘5.4英寸(13.7cm)長并通過近似十分之一英寸(2.5mm)的間隔與主要區(qū)域120(220)分開。第一附加區(qū)域150(250)通過電感151(251)例如100μH高Q值的表面安裝芯片電感電耦合到主要區(qū)域120(220)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該設(shè)計擴展了主要區(qū)域120(220)的有效電長度。
第二附加區(qū)域160(260)在尺寸上基本上與第一附加區(qū)域150(160)相同。第二附加區(qū)域160(260)通過電容161(261)例如15pF表面安裝芯片電容耦合到主要區(qū)域120(220)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過電容161(261)耦合的第二附加區(qū)域160(260)明顯改善了對于低VHF電視頻率波段(50-88MHz)上平面天線的總電壓駐波比(VSWR)特性。
僅在PCB頂側(cè)面上有一個反射器區(qū)域140。反射器區(qū)域140對于第一附加區(qū)域150起反射器的作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)反射器區(qū)域140改善了較高VHF電視頻率波段(174-216MHz)上平面天線總的性能。
UHF天線單元170、270的特征也是“H”型設(shè)計并形成在PCB的相應(yīng)側(cè)面上。如上所述，這兩個UHF單元在形狀上也基本上相同，并且一個相對另一個轉(zhuǎn)動90度。
“H”型單元的每個在形狀上是正方形和近似2.5英寸(6.5cm)寬乘2.5英寸(6.5cm)長。兩端用近似1英寸(2.5cm)寬乘1.5英寸(3.8cm)長的微帶傳輸線連接起來，形成“H”型設(shè)計。UHF單元170(270)通過電感171(271)例如100μH高Q值表面安裝芯片電感耦合到VHF單元120(220)的微帶傳輸線近似中點上。
PCB頂側(cè)面也包括一個接地板區(qū)域130。接地板區(qū)域130在形狀上是正方形并近似2.5乘2.5英寸(6.5×6.5cm)。插孔“F”接頭131位于接地板區(qū)域130上。接頭131的引線(地線)通過穿孔穿過PCB連接接地板區(qū)域130和連接到PCB底側(cè)面上的另一個接地板區(qū)域230兩者。接地板區(qū)域230的尺寸近似2.5英寸(6.5cm)寬乘6.5英寸(16.5cm)長。接頭131的信號線連接到在PCB頂側(cè)面上形成的信號傳輸線132。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩個接地板區(qū)域130、230對穩(wěn)定平面天線系統(tǒng)總的性能有用，盡管改變了平面天線周圍的物理條件。
如圖4所示，4∶1平衡非平衡轉(zhuǎn)換器133位于PCB頂側(cè)面上，用于平面天線單元與同軸電纜20之間的阻抗匹配。轉(zhuǎn)換器133的第一線圈端部耦合到相應(yīng)的連接點136和連接區(qū)域134上。連接點136位于近似VHF單元120的傳輸線中間處。連接區(qū)域134在底側(cè)面通過兩個穿孔連接到VHF單元220的連接點234上。第二線圈的端部耦合到各自傳輸線132和接地板130上。匹配電容135(4pF)耦合在第二線圈中心與接地板130之間用于更好地阻抗匹配。另一個方式，可變電容(2-6pF)可以耦合在第二線圈兩個端部之間，如圖8所示。
平面天線的另一個特性是不同于常規(guī)微帶天線，在PCB的底側(cè)面上沒有平板狀的接地板區(qū)域，這種接地板在PCB頂側(cè)面上所形成的天線單元下完全覆蓋該區(qū)域。如同常規(guī)微帶天線，這種天線的帶寬與一個表面上的天線單元與所用基片另一面上平面接地板區(qū)域之間的距離成正比(即，基片的厚度)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)消去這種類型的平面接地板區(qū)域?qū)ζ矫嫣炀€的寬帶特性有用。作為參考，見Munson，Robert E.在“天線工程手冊(第三版)”(McGraw Hill，1993)中的“微帶天線”。
圖8表示了調(diào)諧器單元30一部分的示意圖，該單元包括多個匹配網(wǎng)絡(luò)。對于該特定示范性實施例，利用五個帶通濾波器610(BPF)作為匹配網(wǎng)絡(luò)，和它們被預(yù)調(diào)諧到廣播頻率的五個不同波段的各自波段上。它們是下列的VHF 154-72MHz(在美國的頻道2到4)VHF 276-88MHz(在美國的頻道5到6)VHF 3174-192MHz(在美國的頻道7到9)VHF 4192-216MHz(在美國的頻道10到13)UHF470-800MHz(在美國的UHF頻道)如圖8-10所示，波段選擇按照接收頻道進行。用戶通過使用IR遙控器選擇適合的波段?？墒?，該選擇可以響應(yīng)用于可控增益放大器33a的自動增益控制(AGC)電平而自動地進行。當(dāng)對于接收信道選擇了合適的匹配網(wǎng)絡(luò)時，AGC信號起作用減少放大器33a的增益。
依靠AGC裝置，調(diào)諧單元30的輸出信號電平保持在所需要預(yù)定電平上，而不管整個頻率波段上所接收電視信號強度的改變。
在圖8和9所示的示范性實施例中，AGC裝置包括增益可控放大器33a；信號放大器級720；信號分路器710；DC整流器730；和DC偏置電壓補償電路750。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個可選擇前端帶通濾波器610和隨后的AGC裝置合并使AGC在整個VHF/UHF頻率電視波段(50-800MHz)上正常工作。
為更快調(diào)節(jié)放大器33a，可以利用與存儲器一起的微處理器控制放大器33a的增益，該存儲器存儲用于為各個廣播信道所需要的AGC電平的信息。
另外，調(diào)諧單元30可以進一步包括RF信號選擇開關(guān)，該開關(guān)允許用戶在來自平面天線的RF信號與來自其它信號源的信號(例如，碟型衛(wèi)星天線(Satellite dish)，電纜，VCR等)之間選擇。
在圖10中，紅外遙控傳感器裝置800包括IR信號接收器830，微處理器810，多路復(fù)用器850，五個發(fā)光二極管(LED)和兩個手動控制開關(guān)R，L。
LED1，LED2，LED3，LED4和LED5表示廣播頻率五個不同波段的各個波段的選擇，即圖8中的VHF-1，VHF-2，VHF-3，VHF-4和UHF。也就是，五個LED表示五個不同BPF610的各個的選擇。例如，當(dāng)為VHF-1選擇BPF時LED1接通。手動開關(guān)R，L起“上-下”開關(guān)的作用用于波段選擇，以便沒有遙控器的用戶仍可以選擇適合的頻率波段。
耦合到微處理器810的IR接收器830接收來自遙控器的IR信號。然后微處理器810產(chǎn)生控制信號。
響應(yīng)該控制信號，耦合到微處理器810的多路復(fù)用器850對各個PIN二極管D1，D2，D3，D4和D5發(fā)送波段選擇信號A，B，C，D，E。在此，多路復(fù)用器850起多個數(shù)控模擬開關(guān)的作用。電源裝置840包括兩個穩(wěn)壓器870，890。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，應(yīng)理解已經(jīng)在此使用的文字是描述性文字，而非限制性文字。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以對本發(fā)明的天線系統(tǒng)進行大量改進或修改而不要脫離本發(fā)明精神和范圍及其原理和特征。例如，平面天線系統(tǒng)可以不僅用于接收數(shù)字和/或模擬電視信號，也可以用于接收數(shù)字和/或模擬音頻或數(shù)據(jù)信號。
權(quán)利要求
1．一種用于VHF/UHF信號的調(diào)諧設(shè)備，包括一個VHF/UHF輸入信號源；一個放大器用于放大所述輸入信號；一個自動增益控制(AGC)裝置包括用于控制所述放大器的增益的所述放大器；多個匹配網(wǎng)絡(luò)，被耦合到所述VHF/UHF輸入信號源與所述放大器之間，用于在所述輸入信號源與所述放大器之間提供阻抗匹配；所述多個匹配網(wǎng)絡(luò)的每個專門向所述AGC裝置提供各自的RF信號群，該信號群包括多個可接收廣播信道，其中根據(jù)所述RF信號群的電平控制所述放大器的增益。
2．在一種為接收機提供VHF/UHF信號的天線系統(tǒng)中，所述接收機具有一個遙控發(fā)射器用于產(chǎn)生控制信號以選擇對應(yīng)各個廣播信道的所述VHF/UHF信號中的各個信號，設(shè)備包括多個匹配網(wǎng)絡(luò)，耦合到天線可以耦合的輸入與輸出電路之間，用于提供所述天線與所述輸出電路之間的阻抗匹配；每個所述多個匹配網(wǎng)絡(luò)向所述輸出電路專門提供各自的RF信號群，該信號群包括多個可接收廣播信道；和控制裝置，耦合到所述多個匹配網(wǎng)絡(luò)并響應(yīng)由所述遙控發(fā)射器產(chǎn)生的所述控制信號用于選擇對應(yīng)各自信道的所述VHF/UHF信號的所述各個信號，以選擇所述多個匹配網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
一種用于VHF/UHF天線的天線調(diào)諧設(shè)備包括一個自動增益控制(AGC)裝置,包括一個增益由AGC裝置控制的放大器,和多個耦合在調(diào)諧裝置的天線輸入與AGC控制放大器之間的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。提供遙控器以選擇電視設(shè)備的兩個信道,調(diào)諧設(shè)備為該電視設(shè)備提供VHP/UHF信號,和適合于對同時選擇的各自信道提供適當(dāng)匹配網(wǎng)絡(luò)。多個匹配網(wǎng)絡(luò)的每個專門地對AGC裝置提供包括多個可接收廣播信道的各個RF信號群。放大器的增益根據(jù)RF信號群的電平進行控制。
文檔編號H04B1/18GK1284215SQ98811840
公開日2001年2月14日 申請日期1998年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月5日
發(fā)明者P·P·蒂納豐, Y·水 申請人:湯姆森許可公司