專利名稱：具有放大器的有源天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于接收無(wú)線信號(hào)的天線，更具體的涉及具有固有放大器(inherent amplifier)的有源天線，通過(guò)使用電感線圈可以調(diào)節(jié)該天線的電長(zhǎng)度(electrical length)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前在北美，已采用國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)制式(NTSC)廣播系統(tǒng)用于模擬TV廣播，并已采用高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)制式(ATSC)廣播系統(tǒng)用于數(shù)字TV廣播。在數(shù)據(jù)輸入NTSC(data-in-NTSCdNTSC)視頻廣播中將數(shù)字信號(hào)交織到NTSC頻帶中并廣播，在VHF-H頻帶中實(shí)施該dNTSC視頻廣播。對(duì)于接收dNTSC視頻廣播的VHF-H頻帶天線，已使用的是戶外天線或室內(nèi)天線模塊。與室外天線至接收數(shù)字信號(hào)的數(shù)字機(jī)頂盒(STB)相比，室內(nèi)天線更容易連接室內(nèi)天線至接收數(shù)字信號(hào)所必須的數(shù)字機(jī)頂盒，所以室內(nèi)天線比戶外天線更方便。
圖1示出了在VHF-H頻帶中基于dNTSC系統(tǒng)的頻譜。在利用雙邊頻帶(DSB)調(diào)制方法對(duì)其調(diào)制之后，在載波上攜帶模擬廣播信號(hào)100和數(shù)字廣播信號(hào)200。在NTSC廣播系統(tǒng)中，在載波上攜帶頻率范圍在fcl和fch之間的模擬廣播信號(hào)100，然后廣播。在dNTSC廣播系統(tǒng)中，在載波上附加攜帶頻率范圍超過(guò)模擬廣播信號(hào)100的頻帶的數(shù)字廣播信號(hào)200，也就是dNTSC數(shù)字信號(hào)，然后和模擬廣播信號(hào)100一起進(jìn)行廣播。
圖2是示出了在圖1中示出的各種信號(hào)的頻率的表格，在不同的VHF頻道7至13中對(duì)其表示。參照?qǐng)D2，載波具有從大約170MHz至220MHz的頻率范圍。在VHF頻道7至13中的模擬廣播信號(hào)全部具有大約0.1MHz的頻帶寬度。在VHF頻道7至13中的dNTSC數(shù)據(jù)全部具有大約0.76MHz的頻帶寬度。
由于諸多的空間限制，室內(nèi)天線不適于接收包括數(shù)字廣播信號(hào)的VHF-H頻帶信號(hào)。此外，由于這些空間限制，依據(jù)理想頻帶設(shè)置天線的尺寸是非常困難的，特別是將天線設(shè)計(jì)成偶極天線更是非常困難的。偶極天線的長(zhǎng)度總計(jì)為偶極天線的頻率的一半。例如，為了覆蓋170MHz的頻率，偶極天線將具有0.88米的長(zhǎng)度(300/170/2＝0.88米)。然而，這種尺寸的天線是不適合的，并在用于室內(nèi)時(shí)是不方便的。這樣，必須設(shè)計(jì)具有理想的電長(zhǎng)度而且占據(jù)較小空間的天線。
噪聲比在較高頻帶中的信號(hào)更可能破壞VHF-H頻帶中的信號(hào)。這樣，必須放大VHF-H頻帶中的信號(hào)以獲得較高的信噪比(SNR)。由于在數(shù)字廣播接收器的天線端口處的放大信號(hào)更可能獲得比在數(shù)字廣播接收器的其它部分中放大信號(hào)的信噪比更高的信噪比，必須開(kāi)發(fā)一種數(shù)字廣播接收器，其利用天線有源地放大信號(hào)以獲得較高的SNR。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種通過(guò)使用串聯(lián)電感器(inductor)可以增加其電長(zhǎng)度的VHF-H頻帶天線。
本發(fā)明也提供一種數(shù)字接收設(shè)備，其能夠克服傳統(tǒng)無(wú)源天線的局限并能夠通過(guò)放大在天線一端的信號(hào)來(lái)獲得高信噪比(SNR)。
依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，提供一種有源天線，包括無(wú)源天線模塊，接收通過(guò)調(diào)節(jié)其電長(zhǎng)度而空間輸入的預(yù)定頻帶中的信號(hào)；和放大電路，放大從天線部分處的無(wú)源天線模塊輸出的信號(hào)，并傳送放大信號(hào)至數(shù)字廣播接收器。
有源天線進(jìn)一步包括偏置穩(wěn)定模塊，其通過(guò)從偏置電壓中去除不是偏置分量的分量來(lái)穩(wěn)定從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓。
有源天線也可以包括偏置阻塞模塊，其阻塞通過(guò)從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓產(chǎn)生的偏置電流，并允許來(lái)自信號(hào)放大模塊的信號(hào)輸出通過(guò)該偏置阻塞模塊；以及信號(hào)阻塞模塊，其阻止信號(hào)沿著通過(guò)偏置穩(wěn)定模塊的偏置電流的路徑傳送。
有源天線進(jìn)一步包括靜電放電(ESD)保護(hù)模塊，其保護(hù)從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓不受的靜電放電的損害，從而把偏置電壓維持在預(yù)定的電平或更低。
數(shù)字廣播接收器優(yōu)選接收在VHF-H頻帶中傳送的數(shù)據(jù)輸入dNTSC數(shù)據(jù)。
無(wú)源天線模塊可以包括電感線圈，改變無(wú)源天線模塊的電長(zhǎng)度以接收預(yù)定信號(hào)；第一電容器，匹配其中的阻抗與電感線圈的阻抗以用于預(yù)定頻帶；以及第二電容器，作為用于預(yù)定頻帶的調(diào)諧點(diǎn)。
預(yù)定頻帶頻帶優(yōu)選是VHF-H頻帶。
信號(hào)放大模塊可以包括晶體管，以預(yù)定的增益放大從無(wú)源天線模塊輸入其基極的信號(hào)，并輸出放大信號(hào)至其集電極；以及至少一個(gè)電阻器，控制晶體管的偏置電壓。
此外，無(wú)源天線可以進(jìn)一步包括電容器，其匹配從無(wú)源天線模塊輸出的信號(hào)的阻抗，并將其輸入至信號(hào)放大模塊。
偏置穩(wěn)定模塊可以包括電壓調(diào)節(jié)器，衰減包括在從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓中的噪聲分量以及至少一個(gè)電容器，穩(wěn)定向其施加的偏置電壓。
偏置阻塞模塊可以作為電容器，其耦合從信號(hào)放大模塊輸出的信號(hào)。
信號(hào)阻塞模塊優(yōu)選包括兩個(gè)電感器。
靜電放電(ESD)保護(hù)模塊優(yōu)選是齊納二極管。


參照附圖，通過(guò)示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述，上面特點(diǎn)以及本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，其中圖1示出了基于在VHF-H頻帶中dNTSC系統(tǒng)的頻譜。
圖2是示出了在圖1中示出的各種信號(hào)的頻率的表格。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的有源天線的方塊圖；以及圖4是依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的有源天線的示意性電路圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖更全面地描述本發(fā)明，其中示出了發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而可以以多種形式具體化本發(fā)明，而且不能以在這里闡述的實(shí)施例限制解釋本發(fā)明。在附圖中，相同的參考數(shù)字表示同一單元。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的有源天線的方塊圖。參照?qǐng)D3，從接收器(Rx)信號(hào)輸入單元，也就是數(shù)字廣播接收器(比如機(jī)頂盒)供給的偏置電流輸入至有源天線1000，并通過(guò)靜電放電(ESD)保護(hù)模塊900。ESD保護(hù)模塊900保護(hù)輸入電壓不受靜電放電的損害，從而將輸入電壓保持在預(yù)定的電平或更低。在通過(guò)ESD保護(hù)模塊900之后，偏置電流通過(guò)信號(hào)阻塞模塊500。通過(guò)阻抗匹配，信號(hào)阻塞模塊500阻止從信號(hào)放大模塊400輸出的信號(hào)沿著偏置線，也就是沿著通過(guò)偏置穩(wěn)定模塊600的偏置電流的路徑傳送。偏置阻塞模塊800阻塞偏置電流的同時(shí)允許交流電流通過(guò)該模塊。因此，從ESD保護(hù)模塊900輸出的偏置電流不能沿著從以“a”表示的路徑的部分至以“d”表示的路徑的部分的方向流動(dòng)。作為替代，如圖3所示，從ESD保護(hù)模塊900輸出的偏置電流可以沿著從“a”至“b”的方向流向信號(hào)阻塞模塊500。
通過(guò)信號(hào)阻塞模塊500的偏置電流輸入至偏置穩(wěn)定模塊600。偏置穩(wěn)定模塊600通過(guò)從對(duì)應(yīng)的偏置電流去除比如波紋或噪聲之類不理想分量來(lái)穩(wěn)定其偏置電流輸入。從偏置穩(wěn)定模塊600輸出的偏置電流通過(guò)信號(hào)阻塞模塊500輸入至信號(hào)放大模塊400，然后接地。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3描述輸入信號(hào)路徑。信號(hào)通過(guò)無(wú)源天線模塊300輸入至有源天線1000，該無(wú)源天線模塊是傳統(tǒng)的無(wú)源天線。通過(guò)無(wú)源天線模塊300的信號(hào)輸入至信號(hào)放大模塊400。信號(hào)放大模塊400放大輸入到其中的信號(hào)從而使放大的信號(hào)變得與機(jī)頂盒適合。放大的信號(hào)通過(guò)偏置阻塞模塊800。由于放大的信號(hào)是交流電流，它能夠通過(guò)偏置阻塞模塊800，其阻塞偏置電流并允許交流電流通過(guò)。通過(guò)使阻抗不匹配，信號(hào)阻塞模塊500阻止信號(hào)沿著偏置線傳送，所以通過(guò)偏置阻塞模塊800的放大的信號(hào)不沿著從“d”至“c”的路徑傳送，而是僅傳送至偏置阻塞模塊800。由于信號(hào)阻塞模塊500的緣故，不能沿著從“b”至“a”的方向傳送通過(guò)偏置阻塞模塊800的信號(hào)。作為替代，將通過(guò)偏置阻塞模塊800的信號(hào)輸入至ESD保護(hù)模塊900。通過(guò)ESD保護(hù)模塊900的信號(hào)最后輸入至機(jī)頂盒作為Rx信號(hào)輸出。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的有源天線1000的示意性電路圖。
參照?qǐng)D4，無(wú)源天線模塊300是無(wú)源類型的，也就是說(shuō)，無(wú)源天線模塊300基本上由無(wú)源器件組成的，并包括可變的電感線圈(inductor coil)L3，其能夠在12厘米和22厘米之間的范圍中改變無(wú)源天線模塊300的電長(zhǎng)度。因此，無(wú)源天線模塊300能夠覆蓋從170MHz至220MHz的頻帶，也就是VHF-H頻帶。為了通過(guò)阻抗匹配增大在VHF-H頻帶中的信噪比，耦合電容器C7耦合至可變的電感線圈L3。無(wú)源天線模塊300進(jìn)一步包括電容器C8，其作為調(diào)諧點(diǎn)(tuningpoint)；以及齊納二極管D1，其將輸入至有源天線1000的交流信號(hào)的振幅維持在預(yù)定的電平或者更低。優(yōu)選使用商業(yè)上可利用的二極管模塊RLS4148作為齊納二極管D1。
信號(hào)空間輸入至無(wú)源天線模塊300，并在然后通過(guò)耦合電容器C7傳送至信號(hào)放大模塊400。信號(hào)放大模塊400包括晶體管Q1，其放大輸入其中的信號(hào)。從機(jī)頂盒施加8伏的電壓至晶體管Q1的集電極。在晶體管Q1的集電極和基極之間串聯(lián)連接與電容器C5并聯(lián)的電阻器R3，以及電阻器R2。電阻器R2和R3控制晶體管Q1的偏置電壓。通過(guò)電阻器R2、電阻器R3和電容器C5以及晶體管Q1的特性確定偏置電壓。在給出的實(shí)施例中，將0.7伏的電壓施加至晶體管Q1的基極并作為閥值電壓。電容器C9匹配從無(wú)源天線模塊300輸出的信號(hào)的阻抗，然后將其輸入至信號(hào)放大模塊400。
可以使用由SimensAG制造的晶體管BFP196LAN作為晶體管Q1。由于信號(hào)越靠近有源天線1000的輸入端口，信號(hào)失真就越少，所以優(yōu)選放大臨近無(wú)源天線模塊300設(shè)置的信號(hào)放大模塊400中的信號(hào)，而不是在機(jī)頂盒中的信號(hào)。此外，具有較少失真的信號(hào)在被放大之后更可能具有高的信噪比。設(shè)計(jì)晶體管Q1，以使它的增益在VHF-H頻帶中成為12dB。在這種情況下，在晶體管Q1處的集電極的電流是50mA。
參照?qǐng)D4，以預(yù)定增益放大輸入至晶體管Q1的基極的信號(hào)，然后從晶體管Q1的集電極輸出。由于來(lái)自晶體管Q1的集電極的信號(hào)輸出是交流信號(hào)，它能夠通過(guò)電容器C6。針對(duì)來(lái)自晶體管Q1的輸出信號(hào)，電容器C6作為一個(gè)耦合電容器。使用電感器L1控制從晶體管Q1的集電極輸出的信號(hào)以執(zhí)行電感失配(inductance mismatching)，從而不能沿著從“d”至“c”的方向傳送信號(hào)。通過(guò)電感器L2控制通過(guò)電容器C6的信號(hào)以執(zhí)行電感失配，從而不能沿著從“a”至“b”的方向傳送。因此，通過(guò)電容器C6的的信號(hào)輸入至機(jī)頂盒作為Rx信號(hào)輸出。
參照?qǐng)D4，從機(jī)頂盒將12伏的偏置電壓施加至Rx信號(hào)輸出端口。施加至Rx信號(hào)輸出端口的偏置電壓保護(hù)輸入電壓不受由齊納二極管D2引起的突然靜電放電的損害，從把輸入電壓維持在預(yù)定的電平或更低。如齊納二極管D，可以使用二極管模型No.RLS4148作為齊納二極管D2。由于通過(guò)齊納二極管D2的偏置電流是直流電流，它不能通過(guò)電容器C6，并流向電感器L2。通過(guò)電感器L2的偏置電流輸入至電壓調(diào)節(jié)器U1?？梢砸噪妷赫{(diào)節(jié)器No.78L09實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)器U1。電壓調(diào)節(jié)器U1衰減包括在從Rx信號(hào)輸出端口，也就是機(jī)頂盒施加的電源電壓中的噪聲分量。更具體的，通過(guò)去除不是來(lái)自偏置電壓的偏置分量的分量，電壓調(diào)節(jié)器U1穩(wěn)定偏置電壓。將12伏的偏置電壓施加至電壓調(diào)節(jié)器U1的輸入端口1，并將9伏的偏置電壓施加至電壓調(diào)節(jié)器U1的輸出端口3。在施加至電壓調(diào)節(jié)器U1的輸出端口3的偏置電壓下降至8伏的同時(shí)通過(guò)電阻器R1，從而使8伏的偏置電壓施加至晶體管q1的集電極。偏置穩(wěn)定模塊600包括電壓調(diào)節(jié)器U1和四個(gè)電容器C1、C2、C3和C4。四個(gè)電容器C1到C4的每一個(gè)穩(wěn)定輸入其中的偏置電壓。
這樣，8伏的偏執(zhí)電壓施加至晶體管Q1的集電極，并且0.7伏的偏執(zhí)電壓施加至晶體管Q1的基極。
因此，依據(jù)本發(fā)明的有源天線比傳統(tǒng)的無(wú)源天線能夠更好地減少天線可以覆蓋的頻帶上的天線的長(zhǎng)度的影響。大量測(cè)試的結(jié)果顯示通過(guò)可變地設(shè)置無(wú)源天線模塊300的電長(zhǎng)度，本發(fā)明可以相對(duì)于天線的長(zhǎng)度衰減頻率的變化。因此，依據(jù)本發(fā)明的有源天線可以作為寬帶天線。
依據(jù)本發(fā)明，在非常小的空間中可以使用涉及VHF-H頻帶的室內(nèi)天線。
此外，通過(guò)放大在數(shù)字接收器中的天線端口處的dNTSC數(shù)據(jù)可能獲得高信噪比。
此外，依據(jù)本發(fā)明的有源天線比傳統(tǒng)的無(wú)源天線能夠減少天線可以覆蓋的頻帶上的天線的長(zhǎng)度的影響。因此，依據(jù)本發(fā)明的有源天線可以作為寬帶天線。
盡管結(jié)合參照了附圖的其中的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)完全描述了本發(fā)明，需要注意對(duì)本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)?？梢赃M(jìn)行各種變化和修改?？梢岳斫膺@種變化和修改包括在如通過(guò)附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍中。因此，可以理解以全部方面描述的實(shí)施例僅是描述性，而不是限定本發(fā)明的范圍的。
權(quán)利要求
1.一種有源天線，包括無(wú)源天線模塊，接收預(yù)定頻帶中的信號(hào)并調(diào)節(jié)其電長(zhǎng)度；以及信號(hào)放大模塊，放大從天線端口處的無(wú)源天線模塊輸出的信號(hào)并傳送放大的信號(hào)至數(shù)字廣播接收器。
2.如權(quán)利要求1所述的有源天線，進(jìn)一步包括偏置穩(wěn)定模塊，所述偏置穩(wěn)定模塊通過(guò)從偏置電壓中去除不是偏置分量的分量來(lái)穩(wěn)定從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的有源天線，進(jìn)一步包括偏置阻塞模塊，阻塞通過(guò)從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓產(chǎn)生的偏置電流，并允許從信號(hào)放大模塊輸出的信號(hào)通過(guò)該偏置阻塞模塊；以及信號(hào)阻塞模塊，阻止信號(hào)沿著通過(guò)偏置穩(wěn)定模塊的偏置電流的路徑傳送。
4.如權(quán)利要求3所述的有源天線，進(jìn)一步包括靜電放電(ESD)保護(hù)模塊，所述靜電放電模塊保護(hù)從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓不受靜電放電的損害，從而將偏置電壓維持在預(yù)定的電平或更低。
5.如權(quán)利要求1所述的有源天線，其中數(shù)字廣播接收器接收在VHF-H頻帶中傳送的數(shù)據(jù)輸入國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)制式(dNTSC)數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的有源天線，其中無(wú)源天線模塊包括電感線圈，改變無(wú)源天線模塊的電長(zhǎng)度以接收預(yù)定信號(hào)；第一電容器，匹配其的阻抗與電感線圈的阻抗用于預(yù)定頻帶；以及第二電容器，作為用于預(yù)定頻帶的調(diào)諧點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的有源天線，其中預(yù)定頻帶是VHF-H頻帶。
8.如權(quán)利要求1所述的有源天線，信號(hào)放大模塊包括晶體管，以預(yù)定的增益放大從無(wú)源天線模塊輸入至其基極的信號(hào)，并輸出放大信號(hào)至其集電極；以及至少一個(gè)電阻器，控制晶體管的偏置電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的有源天線，進(jìn)一步包括電容器，用于匹配從無(wú)源天線模塊輸出并輸入至信號(hào)放大模塊的信號(hào)的阻抗。
10.如權(quán)利要求2所述的有源天線，其中偏置穩(wěn)定模塊包括電壓調(diào)節(jié)器，衰減包括在從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓中的噪聲分量；以及至少一個(gè)電容器，穩(wěn)定向其施加的偏置電壓。
11.如權(quán)利要求3所述的有源天線，其中偏置阻塞模塊作為電容器，耦合從信號(hào)放大模塊輸出的信號(hào)。
12.如權(quán)利要求3所述的有源天線，其中信號(hào)阻塞模塊包括兩個(gè)電感器。
13.如權(quán)利要求4所述的有源天線，其中靜電放電(ESD)保護(hù)模塊是齊納二極管。
14.一種操作有源天線的方法，包括步驟接收預(yù)定頻帶中的信號(hào)并通過(guò)無(wú)源天線調(diào)節(jié)其電長(zhǎng)度；以及放大信號(hào)并傳送放大的信號(hào)至數(shù)字廣播接收器，與數(shù)字廣播接收器相比，信號(hào)被放大得更臨近于無(wú)源天線。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括步驟通過(guò)從偏置電壓中去除不是偏置分量的分量來(lái)穩(wěn)定從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括步驟阻塞從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓產(chǎn)生的偏置電流的同時(shí)，使放大的信號(hào)通過(guò)；以及阻止信號(hào)沿著偏置電流的路徑傳送。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括步驟保護(hù)從數(shù)字廣播接收器施加的偏置電壓不受靜電放電的損害，從而將偏置電壓維持在預(yù)定的電平或更低。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中接收步驟進(jìn)一步包括步驟改變無(wú)源天線的電長(zhǎng)度以接收預(yù)定信號(hào)；以及匹配電容器的阻抗與電感線圈的阻抗以用于預(yù)定的頻帶。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中預(yù)定的頻帶是VHF-H頻帶。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中穩(wěn)定步驟包括步驟衰減包括在從數(shù)字廣播接收器供給的偏置電壓中的噪聲分量。
全文摘要
一種有源天線，使用電感線圈可以改變其電長(zhǎng)度，并且其具有放大電路。該有源天線包括無(wú)源天線模塊，接收預(yù)定頻帶中的信號(hào)并調(diào)節(jié)其電長(zhǎng)度；以及放大電路，放大從天線端口處的無(wú)源天線模塊輸出的信號(hào)并傳送放大的信號(hào)至數(shù)字廣播接收器。該有源天線通過(guò)放大在數(shù)字廣播接收器中的天線端口處的信號(hào)來(lái)獲得高信噪比，其接受數(shù)據(jù)輸入全國(guó)電視系統(tǒng)委員會(huì)制式(dNTSC)。
文檔編號(hào)H03H7/38GK1619882SQ200410094628
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月19日
發(fā)明者裴范烈 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社