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Die Erfindung betrifft eine Signal-Trenneinrichtung zum
Auskoppeln eines Rundfunksignals am Heizelement einer
elektrisch beheizten Fensterscheibe eines
Kraftfahrzeuges zur Benutzung der Fensterscheibe als
Rundfunkantenne.
GRUNDLAGEN-TECHNIK
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Aus dem früheren GB-Patent Nr. 1520030 der Anmelderin
ist eine Einrichtung dieser Art bekannt, bei der
zwischen dem Heizelement und der Gleichstromquelle des
Fahrzeuges eine Bifilar-Drossel vorgesehen ist. Die
Drossel hat eine niedrige Impedanz im Verhältnis zu dem
relativ starken Strom, der zur Versorgung des
Heizelementes erforderlich ist, und eine hohe Impedanz im
Verhältnis zu Rundfunksignalen.
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In der Praxis können bei einer heizbaren
Fensterscheibe, zu deren Beheizung normalerweise 17 A bei 12 V
erforderlich sind, zwei Bifilar-Drosseln verwendet
werden, wobei die eine eine relativ niedrige Induktivität
von etwa 1 uH aufweist, die im UKW-Bereich (von 50 MHz
bis 400 MHz) wirksam ist, und die andere eine
wesentlich höhere Induktivität, die idealerweise mehr als
10 mH beträgt und im untersten Betriebsfrequenzbereich
wirksam ist, üblicherweise bis hinunter zu 150 kHz. In
diesem untersten Frequenzbereich liegt die Impedanz der
herkömmlichen Heizdrahtantenne in bezug auf die
Fahrzeugkarosserie nahe der Antennenkapazität von etwa
80 pF, wobei die Reaktanz etwa 12 KΩ bei 150 kHz
beträgt. Die Verwendung einer doppelt gewickelten
Bifilarwicklung ist bei dieser Drossel von entscheidender
Bedeutung: Da nämlich die Gleichstrom-Magnetisierung
der beiden Wicklungen verschwindet, kann ein
geschlossener Magnetkern wie z. B. ein Ferrit-Topfkern
verwendet werden, ohne daß eine Sättigung eintritt. Die
benötigte Induktivität kann daher bei einem Topfkern
akzeptabler Größe mit einer relativ geringen Anzahl von
Windungen des für den Gleichstrom erforderlichen dicken
Leiters erzielt werden (der beispielsweise einen
Durchmesser von 1,6 mm für eine Stromstärke von 17 A
hat).
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Bei dieser Anordnung ist die Impedanz der Drossel hoch
im Vergleich zu der Impedanz der Antenne bei der
Signalfrequenz, so daß ein starkes Rundfunksignal mit
einem ausreichenden Rauschabstand ausgekoppelt werden
kann.
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Trotz des Vorteiles der doppelten Bifilarwicklung
stellt die Niederfrequenz-Drossel ein relativ großes
und teures Bauteil dar. In der Praxis wird daher mit
einem Kompromißwert von etwa 1 mH für die Induktivität
gearbeitet, der beispielsweise mit 9,5 Doppelwindungen
auf einem Kern von 30 mm Durchmesser erzielt wird und
einen gewissen Leistungsverlust im untersten
Frequenzbereich zur Folge hat. Außerdem kann es Fälle geben, in
denen die Größe oder die Kosten selbst der Kompromiß-
Drossel noch Nachteile mit sich bringen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirksame
Signal-Trenneinrichtung vorzusehen, bei der mit einer
Drossel von relativ geringer Größe eine befriedigende
Leistung im unteren Frequenzbereich zu erzielen ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung ist eine Signal-Trenneinrichtung
für den Langwellen-/Mittelwellenbereich zum Auskoppeln
eines Rundfunksignals am Heizelement einer elektrisch
beheizten Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges zur
Benutzung des Heizelementes als Rundfunkantenne
vorgesehen, mit ersten Anschlüssen zur Verbindung mit dem
Heizelement, zweiten Anschlüssen zur Verbindung mit
einer Stromversorgungsquelle für das Heizelement, einem
Rundfunksignalanschluß, der über eine UKW-Drossel mit
mindestens einem der ersten Anschlüsse gekoppelt ist,
und einer zwischen den ersten und den zweiten
Anschlüssen angeordneten Drossel für niedrige Frequenzen
zum Sperren des Durchganges von am
Rundfunksignalanschluß anstehenden Rundfunksignalen zur
Stromversorgungsquelle bei gleichzeitiger Freigabe des Stromes von
der Stromversorgungsquelle zu dem Heizelement, wobei
diese Niedrigfrequenz-Drossel zwei induktiv miteinander
gekoppelte Wicklungen mit gleichem Wicklungssinn
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung der
benötigten Impedanz der Niedrigfrequenz-Drossel an den
Rundfunksignalanschluß ein
Rundfunksignal-Niedrigfrequenz-Verstärker angeschlossen ist, der eine
FET-Verstärkerstufe in geerdeter Gate-Schaltung
aufweist, deren Eingangsimpedanz niedrig ist im Vergleich
zu den Impedanzen der Rundfunkantenne und der
Niedrigfrequenz-Drossel.
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Bei dieser Anordnung ist durch die Verwendung eines
Verstärkers mit niedriger Eingangsimpedanz eine
optimale
Kopplung mit dem Antennenkreis zu erzielen, der
durch das Fensterscheiben-Heizelement und die Drossel
mit relativ niedriger Impedanz gebildet ist, wobei
trotz dieser niedrigen Impedanz selbst im unteren
Frequenzbereich mit einer Drossel von relativ geringer
Größe erstaunlicherweise eine ausgezeichnete Leistung
erzielt werden kann. Daraus ergeben sich zwei Vorteile.
Zum einen kann mit herkömmlichen Drosseln von relativ
niedriger Impedanz eine wesentlich bessere Leistung
erreicht werden. So kann z. B. bei Verwendung der oben
beschriebenen 1 mH-Drossel nicht nur eine "Kompromiß-
Leistung", sondern eine ideale oder nahezu ideale
Leistung erzielt werden. Zum anderen ist eine akzeptable
"Kompromiß-Leistung" mit einer Drossel von wesentlich
niedrigerer Impedanz (und folglich geringerer Größe) zu
erzielen. Beispielsweise kann eine Drossel mit einer
Impedanz von 400 uH oder darunter (oder 300 uH oder
darunter) verwendet werden, und auch eine Impedanz von
200 uH oder darunter ist möglich.
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Die Verwendung eines Verstärkers mit niedriger
Eingangsimpedanz stellt eine signifikante Abweichung von
der bisherigen Praxis dar und bringt
überraschenderweise entscheidende Vorteile mit sich. In der
Vergangenheit wurden entsprechend der hohen Impedanz der
herkömmlichen Fensterheizdraht-Antenne Verstärker mit
hoher Eingangsimpedanz verwendet. Die Erfindung basiert
auf der Erkenntnis, daß es von Vorteil ist, die
Eingangsimpedanz des Verstärkers im Hinblick auf die
relativ niedrige Impedanz zu optimieren, die für den
Antennenkreis erreichbar ist, der den Fensterheizdraht
und eine Drossel mit relativ niedriger Impedanz
enthält.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung soll in Verbindung mit
einer beheizten Kraftfahrzeug-Heckscheibe zum Empfang
von Langweilen- und Mittelwellensignalen und
vorzugsweise, jedoch nicht notwendig, von AM-Rundfunksignalen
verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf
dieses Anwendungsgebiet beschränkt. Insbesondere
braucht die Einrichtung nicht in Verbindung mit einer
Heckscheibe verwendet zu werden und kann nicht nur in
Kraftfahrzeugen, sondern auch in anderen Fahrzeugen
eingesetzt werden.
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Die Drossel kann eine Bifilarwicklung oder eine
sonstige Doppelwicklung aufweisen, und es kann ein Ferrit-
Topfkern oder ein sonstiger geeigneter Magnetkern
verwendet werden.
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Der Verstärker kann einen hohen Verstärkungsfaktor oder
einen sonstigen geeigneten Verstärkungsfaktor
einschließlich des Verstärkungsfaktars 1 haben. Das
wesentliche Merkmal besteht darin, daß der Verstärker
eine niedrige Eingangsimpedanz hat. Ein Verstärker mit
einer niedrigen Eingangsimpedanz ist ein
Stromverstärker, d. h. er hat eine Eingangsimpedanz, die bei
mehreren zehn oder hundert Ohm liegt, so daß von dem an den
Eingang angeschlossenen Stromkreis ein ausreichend
starker Eingangsstrom fließt, um die Arbeitsbedingungen
der Schaltungsanordnung zu ändern.
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Ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz ist ein
Spannungsverstärker, d. h. er hat eine Eingangsimpedanz von
einigen Megaohm, so daß der Eingangsstrom
insignifikant, die Spannung jedoch von Bedeutung ist (z. B. an
der Basis einer Transistor-Verstärkerstufe in
Emitteroder Emitter-Basis-Schaltung).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im folgenden ist die Erfindung lediglich beispielhaft
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Drossel-Anordnung als Bestandteil einer bekannten
Signal-Trenneinrichtung;
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Fig. 2 eine äquivalente Schaltung für die Anordnung
nach Fig. 1;
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Fig. 3 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Signal-
Trenneinrichtung; und
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Fig. 4 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 3.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Fig. 1 zeigt eine bekannte Signal-Trenneinrichtung zur
Verwendung in der beheizten Fensterscheibe eines
Kraftfahrzeuges, z. B. der Kraftfahrzeug-Heckscheibe, mit
zwei Bifilar-Drosseln 1, 2, die zwischen ersten, mit
dem Heizelement der Fensterscheibe verbundenen
Anschlüssen 3, 4 und zweiten Anschlüssen 5, 6 angeordnet
sind, die mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle
bzw. mit Erde verbunden sind. Zwischen die Enden der
Wicklungen der Drosseln 1, 2 sind Kondensatoren 7, 8, 9
geschaltet.
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Die Drossel 1 hat eine relativ niedrige Induktivität
von etwa 1 uH, die im normalen UKW-Sendebereich wirksam
ist. Die Drossel 2 hat eine höhere Induktivität, die im
Langwellen- und Mittelwellenbereich (von z. B. 1,8 MHz
bis hinunter zu 150 kHz) wirksam ist.
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Signalausgänge 10, 11 sind mit den Drosseln 1, 2 und
über einen UKW-Trennverstärker und einen
Langwellen-/Mittelwellen-Trennverstärker (in Folger-Schaltung
mit Verstärkungsfaktor 1) mit dem Antenneneingangskreis
eines Rundfunkempfängers verbunden.
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Fig. 2 zeigt eine äquivalente Schaltung für die oben
beschriebene Langwellen-/Mittelwellen-Anordnung.
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Die Antenne besteht im Ersatzschaltbild aus einer
Spannungsquelle und einer zu ihr in Serie liegenden
Kapazität Ca, und aufgrund der Eingangsimpedanz des
UKW-Kreises ist eine zusätzliche Kapazität vorhanden.
Die Niedrigfrequenz-Drossel 2 hat eine Induktivität L
und einen effektiven Parallel-Verlustwiderstand Rp. Die
Resonanzfrequenz der Induktivität und der
Gesamtkapazität dürften im Bereich von 400 kHz liegen, und
aufgrund des erwarteten 12dB-Oktav-Frequenzganges dieser
Anordnung kommt es nahe der unteren Grenzfrequenz des
Langwellenbandes bei 150 khz zu einem beträchtlichen
Abfall im Frequenzgang. Außerdem kann es in
Abhängigkeit von dem Wert von Rp zu einer starken Änderung des
Frequenzganges im Bereich der Resonanzfrequenz kommen.
Dies kann beispielsweise durch Parallelschaltung eines
zusätzlichen Widerstandes beeinflußt werden, was jedoch
eine unerwünschte Verschlechterung des
Signal-/Störabstandes zur Folge hat, der je nach
Umgebungs-Rauschpegel
an der Antenne beträchtlich sein
kann.
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Fig. 3 zeigt UKW- und Niedrigfrequenz-Trenndrosseln
1, 2 in ähnlicher Anordnung wie in Fig. 1 (und
entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet). In diesem Fall wird das Signal mit niedriger
Frequenz über eine Koppelwicklung 12 abgenommen, die
auf die Wicklung der für die niedrige Frequenz
dimensionierten Induktivität 2 aufgewickelt ist und als
Autoübertrager wirkt; alternativ kann auch die Anzapfung
an der Verbindung der beiden Drosseln 1, 2 verwendet
werden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Das Signal wird
dem Eingang einer ersten FET-Verstärkerstufe 13 in
geerdeter Gate-Schaltung zugeführt, die über einen
gedämpften Schwingkreis 14 im Drain-Kreis mit einer
FET-Ausgangsstufe 15 in Source-Folger-Schaltung
gekoppelt werden kann. Der Ausgang der FET-Ausgangsstufe 15
kann mit dem Ausgang des UKW-Trennverstärkers (der an
den Signalausgang 10 angeschlossen ist) verbunden
werden, um einen gemeinsamen Ausgang zu bilden.
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Dadurch werden die Bedingungen für die für die niedrige
Frequenz ausgelegte Drossel 2 etwas erleichtert: Die
Impedanz dieses Elementes braucht jetzt nur noch im
Verhältnis zu der niedrigen Eingangsimpedanz des
Verstärkers 13 hoch zu sein. Der effektive
Parallel-Verlustwiderstand sollte jedoch so hoch sein, daß eine
Verschlechterung des Signal-/Störabstandes vermieden
wird. Auf diese Weise kann mit einer Drossel, deren
Induktivität 1 mH beträgt, eine verbesserte Leistung bis
hinunter zu 150 kHz erreicht werden; alternativ kann
mit einer reduzierten Drossel-Induktivität von
beispielsweise 200 uH oder darunter eine akzeptable
Leistung
erzielt werden. Die Verwendung einer
Koppelwicklung am Eingang der Verstärkerstufe in geerdeter
Gate-Schaltung bietet zusätzliche Möglichkeiten zur
Optimierung des Signal-/Störabstandes und der
Verstärkung. Der Verstärkungsfaktor und seine Schwankungen
können auch dadurch beeinflußt werden, daß die
Parameter der Zwischenstufen-Kopplung in geeigneter Weise
gewählt werden. Dies hängt davon ab, welche Induktanz
für die doppelt gewickelte Drossel 2 gewählt wird, und
in welchem Maße eine hohe Leistung bis hinunter zur
niedrigsten Betriebsfrequenz aufrechterhalten werden
soll. Üblicherweise hat die Zwischenstufen-Kopplung
eine Resonanzfrequenz, die im unteren
Betriebsfrequenzbereich von beispielsweise 200 kHz liegt, einen
Gütefaktor von etwa 1 und eine Impedanz, um eine
Gesamt-Spannungsverstärkung 1 zu erreichen, woraus sich
Werte von 22 mH, 80 pF und 10 KΩ ergeben.
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Wie bereits ausgeführt, ist die dritte Wicklung 12
nicht unbedingt erforderlich. Bei Verwendung einer
dritten Wicklung braucht die Eingangsimpedanz des
Verstärkers nicht ganz so niedrig zu sein. Es ist jedoch
möglich, anstelle der Wicklung einen Verstärker mit
entsprechend niedrigerer Eingangsimpedanz zu verwenden.