АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО НА КРЫШУ АВТОМОБИЛЯ И ВХОДЯЩИЙ В НЕГО АНТЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
ANTENNA DEVICE FOR ROOF OF AUTOMOBILE AND ANTENNA AMPLIFIER INCLUDED IN ANTENNA DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к антенному устройству, в частности к антенному устройству на крышу автомобиля, и входящему в него антенному усилителю, антенное устройство представляет собой радиоприемную антенну для автомобиля, а антенный усилитель приспособлен специально для использования в качестве устройства для приема радиовещания в AM/FM-диапазоне.
Уровень техники
Широко используемой в настоящее время автомобильной антенной является стержневая антенна, устанавливаемая на крыше. Но стержневая антенна имеет большую длину, и это влияет на эстетику транспортного средства в целом при ее установке на крышу автомобиля. В дополнение к этому, недостатком обычных антенн, как правило, является чувствительность к внешним воздействиям, и при мытье автомобиля или въезде в ограниченное пространство возникают неудобства, если антенна имеет слишком большую высоту. Кроме того, в процессе эксплуатации стержень антенны может упасть, а при транспортировке антенну необходимо демонтировать, что также неудобно. Хотя известна антенна в форме акульего плавника, имеющая небольшую высоту и эстетичный внешний вид (см., например, заявку на китайский патент CN1841843A), возможности монтажа антенны внутри корпуса ограничены, и антенна расположена близко к крыше автомобиля, в результате чего радиосигналы поглощаются крышей автомобиля, изготовленной из стального листа, и характеристики приема антенной серьезно ухудшаются.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является предложить антенный усилитель, который уменьшает поглощение высокочастотных сигналов (HF) крышей автомобиля, а также улучшить характеристики приема усилителя.
Другой задачей настоящего изобретения является предложить антенное устройство на крышу автомобиля, позволяющее преодолеть указанные выше недостатки существующих антенн на крышу автомобиля.
Изобретением предлагается следующее решение: антенный усилитель для антенны на крышу автомобиля, содержащий схему выбора частоты АМ-диапазона, схему усиления сигнала АМ-диапазона, схему выбора частоты FM-диапазона, схему усиления сигнала FM-диапазона и схему питания, причем выходной вывод сигнала AM/FM-диапазона радиоприемной антенны соединен как со схемой выбора частоты АМ-диапазона, так и со схемой выбора частоты FM-диапазона, схема выбора частоты АМ-диапазона соединена со схемой усиления сигнала АМ-диапазона, схема выбора частоты FM-диапазона соединена со схемой усиления сигнала FM-диапазона, выходные выводы сигнала схемы усиления сигнала АМ-диапазона и схемы усиления сигнала FM-диапазона соединены с совместно используемым выходным разъемом, вывод заземления выходного разъема соединен с выводом заземления антенного усилителя, схема питания подает питание на антенный усилитель, при этом антенный усилитель дополнительно снабжен режекторным фильтром, один конец которого соединен с выводом заземления антенного усилителя, а другой конец соединен с металлическим монтажным основанием для антенны на крыше автомобиля.
Кроме того, изобретением предлагается антенное устройство на крышу автомобиля, содержащее корпус антенны, металлическое монтажное основание, опору антенны и радиоприемную антенну, корпус антенны установлен на металлическом монтажном основании таким образом, чтобы сформировать внутреннее пространство для размещения опоры антенны, радиоприемной антенны и схемной платы с антенным усилителем, опора антенны и схемная плата установлены на металлическом монтажном основании, радиоприемная антенна установлена на опоре антенны, либо внедрена при помощи литья под давлением в верхнюю часть корпуса антенны или прикреплена при помощи прижимов к верхней части корпуса антенны внутри него, один конец радиоприемной антенны снабжен выходным выводом сигнала антенны, соединенным с входным выводом сигнала антенного усилителя, сигнал антенного усилителя выводится в радиоприемное устройство через коаксиальный кабель, при этом антенный усилитель снабжен режекторным фильтром, один конец которого соединен с выводом заземления антенного усилителя, а другой конец соединен с металлическим монтажным основанием для антенны на крыше автомобиля.
Настоящее изобретение обладает следующими особенностями и преимуществами: антенный усилитель, предлагаемый изобретением, снабжен режекторным фильтром, и печатная катушка L0 индуктивности, входящая в состав режекторного фильтра, имеет высокое индуктивное сопротивление в пределах AM/FM частотного диапазона, в результате чего увеличивается электрический потенциал заземления антенного усилителя, расположенного на печатной схемной плате, т.е. увеличивается высота положения антенного усилителя относительно металлического монтажного основания, поэтому уменьшается поглощение высокочастотных сигналов крышей автомобиля и улучшаются характеристики приема усилителя. В дополнение к этому, радиоприемная антенна, предлагаемая изобретением, представляет собой комбинированную антенну AM/FM-диапазона, которая установлена на опоре антенны внутри корпуса антенны. Корпус антенны может быть выполнен в форме акульего плавника с небольшой высотой и эстетичным внешним видом.
Краткое описание чертежей
Указанные далее чертежи приведены только для описания и пояснения изобретения в общем виде и не ограничивают его сущности. На чертежах представлено следующее:
Фиг.1 - вид в поперечном сечении первого примерного антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением;
Фиг.2 - вид в поперечном сечении второго примерного антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением;
Фиг.3 - вид с пространственным разделением деталей третьего примерного антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением;
Фиг.4 - структурная схема антенного усилителя, входящего в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением;
Фиг.5 - принципиальная схема антенного усилителя, входящего в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением;
Фиг.6 - график резонансной частоты радиоприемной антенны, входящей в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением;
Фиг.7 - диаграмма направленности (горизонтальная) радиоприемной антенны, входящей в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением; и
Фиг.8 - диаграмма направленности (вертикальная) радиоприемной антенны, входящей в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Для более ясного понимания технических особенностей, задач и эффектов от применения настоящего изобретения далее со ссылкой на чертежи подробно рассмотрены варианты его реализации.
Как показано на Фиг.1-8, изобретением предлагается антенное устройство на крышу автомобиля, содержащее корпус 1 антенны, металлическое монтажное основание 6, опору 3 антенны и радиоприемную антенну 2, корпус 1 антенны установлен на металлическом монтажном основании 6 таким образом, чтобы получить внутреннее пространство для размещения опоры 3 антенны, радиоприемной антенны 2 и схемной платы 4, опора 3 антенны и схемная плата 4 установлены на металлическом монтажном основании 6, радиоприемная антенна 2 установлена на опоре 3 антенны, либо внедрена при помощи литья под давлением в верхнюю часть корпуса антенны или прикреплена при помощи прижимов к верхней части корпуса антенны внутри него, один конец радиоприемной антенны 2 снабжен выходным выводом сигнала антенны, соединенным с входным выводом сигнала антенного усилителя, входящего в состав схемной платы, посредством электрического проводника 5, выходной сигнал антенного усилителя выводится в радиоприемное устройство через коаксиальный кабель 7. Антенный усилитель соединен с линией 8 питания, по которой на этот усилитель подается питание, при этом антенный усилитель дополнительно снабжен режекторным фильтром, один конец которого соединен с выводом заземления антенного усилителя, а другой конец соединен с металлическим монтажным основанием для антенны на крыше автомобиля.
В примере изобретения радиоприемная антенна 2 представляет собой комбинированную антенну AM/FM-диапазона спиральной формы, выполненную из металла, с резонансной частотой 98±3 МГц.
Фиг.4 представляет собой структурную схему антенного усилителя, предлагаемого изобретением. Антенный усилитель содержит схему выбора частоты АМ-диапазона, схему усиления сигнала АМ-диапазона, схему выбора частоты FM-диапазона, схему усиления сигнала FM-диапазона и схему питания, причем выходной вывод сигнала AM/FM-диапазона радиоприемной антенны соединен как со схемой выбора частоты АМ-диапазона, так и со схемой выбора частоты FM-диапазона, схема выбора частоты АМ-диапазона соединена со схемой усиления сигнала АМ-диапазона, выходные выводы сигнала схемы усиления сигнала АМ-диапазона и схемы усиления сигнала FM-диапазона соединены с совместно используемым выходным разъемом, вывод заземления выходного разъема соединен с выводом заземления антенного усилителя, схема питания подает питание на антенный усилитель, при этом антенный усилитель дополнительно снабжен режекторным фильтром, один конец которого соединен с выводом заземления антенного усилителя, а другой конец соединен с металлическим монтажным основанием для антенны на крыше автомобиля.
В примере изобретения, как показано на Фиг.5, режекторный фильтр включает печатную катушку L0 индуктивности, один конец которой соединен с выводом заземления антенного усилителя, а другой конец соединен с металлическим монтажным основанием для антенны на крыше автомобиля, причем катушка L0 индуктивности может представлять собой катушку, выполненную из печатных проводников на печатной схемной плате.
Фиг.5 представляет собой принципиальную схему примерного антенного усилителя, предлагаемого изобретением. Как показано на Фиг.5, схема выбора частоты АМ-диапазона, входящая в состав антенного усилителя, содержит конденсатор С1, катушки индуктивности L1 и L2 и резистор R1, причем антенна ТХ соединена с катушкой L1 индуктивности в схеме выбора частоты АМ-диапазона, катушка L2 индуктивности соединена параллельно с резистором R1, причем один ее конец соединен с катушкой L1 индуктивности, а другой ее конец соединен со схемой усиления сигнала АМ-диапазона.
Схема усиления сигнала АМ-диапазона содержит полевой транзистор V1, триод V2, резисторы R2-R7, конденсаторы С2-С5 и катушку L3 индуктивности, сигнал схемы выбора частоты АМ-диапазона передается в совместно используемый выходной разъем OUT после двух ступеней усиления с использованием полевого транзистора V1 и триода V2 схемы усиления сигнала АМ-диапазона, причем электрод затвора полевого транзистора V1 соединен со схемой выбора частоты АМ-диапазона, электрод истока полевого транзистора V1 соединен с конденсатором С2 и резисторами R4 и R7, а электрод стока полевого транзистора V1 соединен с резисторами R5 и R6, а также с конденсатором С3, другие концы соединенных параллельно резистора R6 и конденсатора С3 соединены с базой триода V2, коллектор триода V2 соединен с другими концами конденсатора С4 и резистора R7, эмиттер триода V2 соединен с катушкой L7 индуктивности и конденсатором С15 в схеме питания, а конденсатор С4 соединен с совместно используемым выходным разъемом OUT и двойным диодом D1 через катушку L3 индуктивности. Полевой транзистор V1 может представлять собой полевой транзистор MMBFJ310.
Схема выбора частоты FM-диапазона содержит конденсаторы С6-С9 и катушки индуктивности L4-L5, антенна ТХ соединена с конденсатором С6 в схеме выбора частоты FM-диапазона через конденсатор С1, другой конец конденсатора С6 соединен с катушкой L4 индуктивности, другой конец катушки L4 индуктивности, соответственно, соединен с катушкой L5 индуктивности и конденсаторами С7 и С8, другой конец катушки L5 индуктивности заземлен, вывод заземления конденсатора С7 также соединен с крышей автомобиля через резистор, а другой конец конденсатора С8 соединен, соответственно, с конденсатором С9 и схемой усиления сигнала FM-диапазона.
Схема усиления сигнала FM-диапазона содержит триод V3, резисторы R8-R13, конденсаторы С10-С13 и катушку L6 индуктивности, база триода V3 соединена с конденсатором С8 и имеет верхний и нижний резисторы смещения R9 и R8, из них верхний резистор R9 смещения соединен с коллектором триода V3 через соединенные параллельно резистор R10 и конденсатор С10, коллектор соединен с совместно используемым выходным разъемом OUT через конденсатор С12, один конец катушки L6 индуктивности соединен с коллектором триода V3, а другой конец катушки L6 индуктивности соединен со схемой питания через резисторы R12 и R13, эмиттер триода V3 соединен с резистором R11 эмиттера и конденсатором С11.
Схема питания содержит двойной диод D1, конденсаторы С14 и С15, а также катушку L7 индуктивности, источник питания постоянного тока с напряжением +12В соединен с катушкой L7 индуктивности через двойной диод D1 при помощи проводника, другой конец катушки L7 индуктивности соединен, соответственно, с конденсаторами С14 и С15, резистором R13 и эмиттером триода V2. Двойной диод D1 может представлять собой двойной диод 1SS226.
Как показано на Фиг.5, чтобы улучшить характеристики приема антенны ТХ, ее соединяют со средством BL1 электростатической защиты.
Со ссылкой на Фиг.5, принцип работы антенного усилителя, предлагаемого изобретением, является следующим: антенна ТХ преобразует радиосигналы электромагнитной волны в электрические сигналы, которые проходят через конденсатор С1 в цепи постоянного тока после обеспечения электростатической защиты при помощи средства BL1 электростатической защиты, один канал радиосигналов подвергается выбору частоты с использованием катушек индуктивности L1, L2 и резистора R1 в схеме выбора частоты, сигналы АМ-диапазона выбираются и вводятся в схему усиления сигнала АМ-диапазона; после двух ступеней усиления при помощи полевого транзистора V1 и триода V2 в схеме усиления сигнала АМ-диапазона сигналы схемы выбора частоты АМ-диапазона передаются в совместно используемый выходной разъем OUT для вывода, причем резисторы смещения R2 и R3 используются для регулирования рабочего тока полевого транзистора V1, резистор R4 обратной связи и конденсатор С2 используются для регулирования коэффициента усиления полевого транзистора V1, нагрузочный резистор R5 используется для регулирования усиления полевого транзистора V1, резистор R6 смещения используется для регулирования рабочего тока триода V2, конденсатор С3 представляет собой конденсатор связи, который подает сигналы АМ-диапазона, усиленные полевым транзистором V1, на базу триода V2 для дополнительного усиления этих сигналов, резистор R7 представляет собой нагрузочный резистор триода V2 и используется для регулирования усиления триода V2. Конденсатор С4 и катушка L3 индуктивности выполняют выбор частоты выходных сигналов АМ-диапазона.
Другой канал радиосигналов подвергается выбору частоты с использованием конденсаторов С6-С9 и катушек индуктивности L4 и L5 в схеме выбора частоты FM-диапазона; после деления напряжения конденсаторами С8 и С9 сигналы FM-диапазона вводятся в триод V3 в схеме усиления сигнала FM-диапазона для усиления, усиленные сигналы подаются в совместно используемый выходной разъем OUT для вывода через конденсатор С12, причем резисторы смещения R8-R10 используются для регулирования рабочего тока триода V3; резистор R9 и конденсатор С10 представляют собой резистор обратной связи и конденсатор обратной связи триода V3 и стабилизируют работу триода V3, резистор R11 и конденсатор С11 регулируют усиление триода V3, катушка L6 индуктивности представляет собой нагрузку для триода V3, конденсатор С13 и резисторы R12, R13 образуют схему фильтрации питания в усилителе.
В схеме питания двойной диод D1 представляет собой развязывающий диод для подачи питания с задействованием коаксиального кабеля и подачи питания по независимому кабелю, катушка L7 индуктивности и конденсаторы С16, С17 образуют схему фильтрации в источнике питания.
Один конец печатной катушки L0 индуктивности режекторного фильтра соединен с выводом заземления радиоусилителя, а другой ее конец соединен с металлическим монтажным основанием для антенны на крыше автомобиля; печатная катушка индуктивности режекторного фильтра имеет высокое индуктивное сопротивление в пределах AM/FM частотного диапазона, в результате чего увеличивается электрический потенциал заземления антенного усилителя на печатной схемной плате, уменьшается поглощение высокочастотных сигналов крышей автомобиля и улучшаются характеристики приема усилителя.
Фиг.1-3 иллюстрируют конструкцию антенны на крышу автомобиля, предлагаемой изобретением. Корпус 1 антенны в форме акульего плавника закреплен на металлическом монтажном основании 6, которое дополнительно снабжено устройством крепления антенны и каналом для кабеля. В одном из примеров настоящего изобретения устройство крепления антенны включает полую резьбовую шпильку и фиксирующую гайку, а канал для кабеля размещен внутри полой резьбовой шпильки.
Металлическое монтажное основание 6 антенны на крышу автомобиля, предлагаемой изобретением, может быть снабжено множеством монтажных участков для схемных плат, чтобы обеспечить гибкость при монтаже одной или более схемных плат. Монтажные участки могут быть реализованы разными способами, например на основе зажимов.
На Фиг.1 показан один из примеров антенны на крышу автомобиля, предлагаемой изобретением, где имеется только одна схемная плата 4, антенный усилитель для АМ/FM-диапазона установлен на схемной плате 4, при этом выходной контакт радиоприемной антенны 2 и схемная плата 4 расположены в корпусе 1 антенны, имеющем форму акульего плавника, в его передней части с меньшей высотой.
На Фиг.2 показан другой пример антенны на крышу автомобиля, предлагаемой изобретением, где по-прежнему имеется только одна схемная плата 4, при этом выходной контакт радиоприемной антенны 2 и схемная плата 4 расположены в корпусе 1 антенны, имеющем форму акульего плавника, в его задней части с большей высотой.
На Фиг.3 показан еще один пример антенны на крышу автомобиля, предлагаемой изобретением, где металлическое монтажное основание 6 снабжено тремя схемными платами 4, 9, 10 радиоприемной антенны, каждая из которых включает одно или любую комбинацию из следующего: схемную плату 10 антенны для системы спутникового цифрового радиовещания SDARS, схемную плату антенны для системы цифрового телевидения DTV, схемную плату 9 антенны для системы спутниковой навигации GPS и схемную плату антенны для системы цифрового радиовещания DAB. Конкретными комбинациями могут быть следующие: схемная плата 10 антенны для системы спутникового цифрового радиовещания SDARS и схемная плата антенны для системы цифрового телевидения DTV, либо схемная плата 10 антенны для системы спутникового цифрового радиовещания SDARS и схемная плата 9 антенны для системы спутниковой навигации GPS, либо схемная плата антенны для системы цифрового телевидения DTV и схемная плата 9 антенны для системы спутниковой навигации GPS и т.д.
Принцип работы антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением, является следующим: в процессе эксплуатации антенное устройство устанавливают в соответствующем положении снаружи на крыше автомобиля и прочно прикрепляют при помощи монтажной резьбовой шпильки, гайки или других крепежных элементов. После приема радиоприемной антенной ТХ радиосигнал выводится выходным выводом сигнала антенны в схему выбора частоты АМ-диапазона и схему выбора частоты FM-диапазона, соответственно. После выбора частоты схемой выбора частоты АМ-диапазона сигнал АМ-диапазона передается в схему усиления сигнала АМ-диапазона, после чего усиливается схемой усиления сигнала АМ-диапазона и выводится через совместно используемый выходной разъем в автомобильный приемопередатчик. После выбора частоты схемой выбора частоты FM-диапазона сигнал FM-диапазона передается в схему усиления сигнала FM-диапазона, после чего усиливается схемой усиления сигнала FM-диапазона и выводится через совместно используемый выходной разъем в автомобильный приемопередатчик.
Печатная катушка L0 индуктивности режекторного фильтра имеет высокое индуктивное сопротивление в пределах AM/FM частотного диапазона, в результате чего увеличивается потенциал заземления антенного усилителя, расположенного на печатной схемной плате, т.е. увеличивается высота положения антенного усилителя относительно металлического монтажного основания, поэтому уменьшается поглощение высокочастотных сигналов крышей автомобиля и улучшаются характеристики приема усилителя.
Радиоприемная антенна, входящая в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением, имеет резонансную частоту 98±3 МГц, которая обеспечивает оптимальные характеристики приема. Фиг.6 представляет собой график резонансной частоты радиоприемной антенны, входящей в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением. Как показано на Фиг.6, в пределах диапазона частот 87,5-107,5 МГц центральной точкой является 96 МГц, что обеспечивает наилучшие характеристики передачи сигнала без какого-либо плавания частоты.
Фиг.7-8 представляют собой диаграммы направленности (горизонтальную и вертикальную) для радиоприемной антенны, входящей в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением, причем упомянутая антенна была установлена на автомобиле, и изучение характеристик приема в горизонтальной и вертикальной плоскостях проводилось на полигоне для испытания антенн. На Фиг.7-8 приведены данные, полученные с шагом пять градусов, и на каждом чертеже имеется 72 точки, отражающих перемещение автомобиля. Как можно видеть, приемная антенна, входящая в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением, имеет хорошие характеристики приема в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
С учетом указанных выше соображений антенное устройство на крышу автомобиля, предлагаемое изобретением, удачно разработано и имеет компактную конструкцию. Радиоприемная антенна представляет собой комбинированную антенну для AM/FM-диапазона, и устройство находится внутри корпуса антенны, корпус антенны имеет форму акульего плавника с небольшой высотой и эстетичным внешним видом. Антенный усилитель, предлагаемый изобретением, снабжен режекторным фильтром, а печатная катушка L0 индуктивности режекторного фильтра имеет высокое индуктивное сопротивление в пределах AM/FM частотного диапазона, в результате чего увеличивается электрический потенциал заземления антенного усилителя, расположенного на печатной схемной плате, т.е. увеличивается высота положения антенного усилителя относительно металлического монтажного основания, поэтому уменьшается поглощение высокочастотных сигналов крышей автомобиля, и улучшаются характеристики приема усилителя. Радиоприемная антенна, входящая в состав антенного устройства на крышу автомобиля, предлагаемого изобретением, представляет собой комбинированную антенну для AM/FM-диапазона, и устройство находится внутри корпуса антенны, что обеспечивает хорошую герметизацию и предотвращает повреждение. Антенна имеет небольшую высоту, в результате чего ее не нужно снимать во время мытья или въезда в ограниченное пространство, и ее очень удобно использовать. Кроме того, антенна не упадет в процессе использования, и нет необходимости демонтировать ее во время транспортировки, что также очень удобно.