專利名稱：Vhf/uhf自調(diào)諧平面天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于接收例如電視信號的廣播信號的天線系統(tǒng)。
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(dú)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的信號電平不用任何物理調(diào)節(jié)。另外，需要能夠用于室內(nèi)或室外應(yīng)用的這種天線系統(tǒng)。
概述按照本發(fā)明，用于接收VHF/UHF廣播信號的天線系統(tǒng)包括一個平面天線和一個調(diào)諧器單元，該調(diào)諧器單元包括一個調(diào)諧裝置。如果需要可以在調(diào)諧器單元內(nèi)包含一個增益可控放大器。該平面天線包括在形狀上基本上相同的一對天線單元。這些單元位于電介質(zhì)板的各個表面上。調(diào)諧裝置包括多個匹配網(wǎng)絡(luò)，用于各個多個廣播頻率波段。
附圖簡介在圖中

圖1說明了所公開的平面天線系統(tǒng)方面的實(shí)施例，該天線系統(tǒng)包括一個平面天線和一個調(diào)諧單元，該調(diào)諧單元包括一個調(diào)諧裝置和一個增益可控放大器；圖2說明了該平面天線系統(tǒng)使用的示范性應(yīng)用；圖3說明了該平面天線系統(tǒng)使用的另一個示范性應(yīng)用；圖4說明了該平面天線實(shí)施例的頂視圖；圖5說明了圖4所示平面天線實(shí)施例的底視圖；圖6說明了平面天線實(shí)施例的VSWR特性(50-800MHz)；圖7說明了在低波段VHF電視頻道頻率上(67.25MHz)平面天線在各個圖中，說明相同或相似單元用相同的參考數(shù)字表示。
優(yōu)選實(shí)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(jī)、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(shí)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和增益可控放大器33。增益可控放大器33是可選項(xiàng)并在電視廣播信號足夠強(qiáng)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)用于各個多個廣播頻率波段(細(xì)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(dú)的IR遙控器可以用于單獨(dú)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)使用的一個應(yīng)用。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(jì)得防水用于室外使用。
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位于放置在電視設(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(jìn)行調(diào)整。在水平平面內(nèi)的全方位特征認(rèn)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(shí)施例，天線單元被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單元對應(yīng)PCB另一側(cè)上的VHF和UHF單元在形狀上基本上是相同的。另外，前者相對于后者轉(zhuǎn)動90度。
VHF天線單元是以統(tǒng)一“H”型配置為特征?！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對應(yīng)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單元由PCB底側(cè)面上的轉(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)長并由近似十分之一英寸(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)該配置擴(kuò)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(250)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也是以“H”型設(shè)計(jì)為特征并形成在PCB的各個側(cè)面上。如上所述，這兩個UHF單元在形狀上也基本上相同，并且一個由另一個轉(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(jì)。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(diǎn)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?xiàng)l件。
如圖4所示，41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(diǎn)136和連接區(qū)域134上。連接點(diǎn)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(diǎn)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與常規(guī)微帶天線，在PCB的底側(cè)面上沒有平面的接地板區(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(shí)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VHF154-72MHz(在美國的頻道2到4)VHF276-88MHz(在美國的頻道5到6)VHF3174-192MHz(在美國的頻道7到9)VHF4192-216MHz(在美國的頻道10到13)UHF 470-800MHz(在美國的UFH頻道)如圖8-10所示，波段選擇按照接收頻道進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度的改變。
在圖8和9所示的示范性實(shí)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(bǔ)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，該存儲器存儲關(guān)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(jìn)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(8atellite 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(shí)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(jìn)行大量改變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
1．一種用于接收VHF/UHF信號的平面天線包括一個具有第一和第二表面的電介質(zhì)基片，在該基片上分別安置了第一和第二導(dǎo)電圖型；所述第一和第二導(dǎo)電圖型分別形成第一和第二天線單元；和所述第一和第二天線單元在形狀上基本上相同。
2．權(quán)利要求1的平面天線，其中第一天線單元相對于第二天線單元轉(zhuǎn)動基本上90度。
3．權(quán)利要求1的平面天線，其中所述第一和第二導(dǎo)電圖型的每個形成各自多個天線單元。
4．權(quán)利要求1的平面天線，其中所述第一和第二導(dǎo)電圖型的每個進(jìn)一步形成各自多個接地板區(qū)域。
5．權(quán)利要求1的平面天線，其中以各自第一和第二圖型在第一和第二表面上形成的天線單元用于提供對電視信號的基本上全方位接收。
6．權(quán)利要求1的平面天線，其中第一和第二圖型的每個包括形成各自第一和第二H型圖型的單元。
7．一種用于接收VHF/UHF信號的平面天線系統(tǒng)，包括一個平面天線包括具有第一和第二表面的一個電介質(zhì)基片；所述第一和第二表面具有各自第一和第二導(dǎo)電圖型；所述第一和第二導(dǎo)電圖型形成各自第一和第二天線單元；所述天線單元在形狀上基本上相同；一個放大器用于放大由所述天線單元所接收的信號；控制裝置用于響應(yīng)所述所接收信號的電平控制所述放大器的增益；和多個匹配網(wǎng)絡(luò)用于在各自多個頻率波段內(nèi)在所述天線單元與所述放大器之間提供阻抗匹配。
全文摘要
一種用于接收VHF/UHF信號的寬帶自調(diào)諧天線系統(tǒng),包括位于印刷電路板兩面上的平面天線單元和一個調(diào)諧器單元,該調(diào)諧器單元包括多個匹配網(wǎng)絡(luò)用于各個的多個頻率波段。在印刷電路板各個表面上的平面單元在形狀上基本上相同。
文檔編號H04L27/00GK1285967SQ98811842
公開日2001年2月28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