专利名称：具有放大器的有源天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于接收无线信号的天线，更具体的涉及具有固有放大器(inherent amplifier)的有源天线，通过使用电感线圈可以调节该天线的电长度(electrical length)。
背景技术：
当前在北美，已采用国家电视系统委员会制式(NTSC)广播系统用于模拟TV广播，并已采用高级电视系统委员会制式(ATSC)广播系统用于数字TV广播。在数据输入NTSC(data-in-NTSCdNTSC)视频广播中将数字信号交织到NTSC频带中并广播，在VHF-H频带中实施该dNTSC视频广播。对于接收dNTSC视频广播的VHF-H频带天线，已使用的是户外天线或室内天线模块。与室外天线至接收数字信号的数字机顶盒(STB)相比，室内天线更容易连接室内天线至接收数字信号所必须的数字机顶盒，所以室内天线比户外天线更方便。
图1示出了在VHF-H频带中基于dNTSC系统的频谱。在利用双边频带(DSB)调制方法对其调制之后，在载波上携带模拟广播信号100和数字广播信号200。在NTSC广播系统中，在载波上携带频率范围在fcl和fch之间的模拟广播信号100，然后广播。在dNTSC广播系统中，在载波上附加携带频率范围超过模拟广播信号100的频带的数字广播信号200，也就是dNTSC数字信号，然后和模拟广播信号100一起进行广播。
图2是示出了在图1中示出的各种信号的频率的表格，在不同的VHF频道7至13中对其表示。参照图2，载波具有从大约170MHz至220MHz的频率范围。在VHF频道7至13中的模拟广播信号全部具有大约0.1MHz的频带宽度。在VHF频道7至13中的dNTSC数据全部具有大约0.76MHz的频带宽度。
由于诸多的空间限制，室内天线不适于接收包括数字广播信号的VHF-H频带信号。此外，由于这些空间限制，依据理想频带设置天线的尺寸是非常困难的，特别是将天线设计成偶极天线更是非常困难的。偶极天线的长度总计为偶极天线的频率的一半。例如，为了覆盖170MHz的频率，偶极天线将具有0.88米的长度(300/170/2＝0.88米)。然而，这种尺寸的天线是不适合的，并在用于室内时是不方便的。这样，必须设计具有理想的电长度而且占据较小空间的天线。
噪声比在较高频带中的信号更可能破坏VHF-H频带中的信号。这样，必须放大VHF-H频带中的信号以获得较高的信噪比(SNR)。由于在数字广播接收器的天线端口处的放大信号更可能获得比在数字广播接收器的其它部分中放大信号的信噪比更高的信噪比，必须开发一种数字广播接收器，其利用天线有源地放大信号以获得较高的SNR。
发明内容
本发明提供一种通过使用串联电感器(inductor)可以增加其电长度的VHF-H频带天线。
本发明也提供一种数字接收设备，其能够克服传统无源天线的局限并能够通过放大在天线一端的信号来获得高信噪比(SNR)。
依据本发明的示范性实施例，提供一种有源天线，包括无源天线模块，接收通过调节其电长度而空间输入的预定频带中的信号；和放大电路，放大从天线部分处的无源天线模块输出的信号，并传送放大信号至数字广播接收器。
有源天线进一步包括偏置稳定模块，其通过从偏置电压中去除不是偏置分量的分量来稳定从数字广播接收器施加的偏置电压。
有源天线也可以包括偏置阻塞模块，其阻塞通过从数字广播接收器施加的偏置电压产生的偏置电流，并允许来自信号放大模块的信号输出通过该偏置阻塞模块；以及信号阻塞模块，其阻止信号沿着通过偏置稳定模块的偏置电流的路径传送。
有源天线进一步包括静电放电(ESD)保护模块，其保护从数字广播接收器施加的偏置电压不受的静电放电的损害，从而把偏置电压维持在预定的电平或更低。
数字广播接收器优选接收在VHF-H频带中传送的数据输入dNTSC数据。
无源天线模块可以包括电感线圈，改变无源天线模块的电长度以接收预定信号；第一电容器，匹配其中的阻抗与电感线圈的阻抗以用于预定频带；以及第二电容器，作为用于预定频带的调谐点。
预定频带频带优选是VHF-H频带。
信号放大模块可以包括晶体管，以预定的增益放大从无源天线模块输入其基极的信号，并输出放大信号至其集电极；以及至少一个电阻器，控制晶体管的偏置电压。
此外，无源天线可以进一步包括电容器，其匹配从无源天线模块输出的信号的阻抗，并将其输入至信号放大模块。
偏置稳定模块可以包括电压调节器，衰减包括在从数字广播接收器施加的偏置电压中的噪声分量以及至少一个电容器，稳定向其施加的偏置电压。
偏置阻塞模块可以作为电容器，其耦合从信号放大模块输出的信号。
信号阻塞模块优选包括两个电感器。
静电放电(ESD)保护模块优选是齐纳二极管。
参照附图，通过示范性实施例的详细描述，上面特点以及本发明的其它特点和优点将变得更明显，其中图1示出了基于在VHF-H频带中dNTSC系统的频谱。
图2是示出了在图1中示出的各种信号的频率的表格。
图3是依据本发明的示范性实施例的有源天线的方块图；以及图4是依据本发明的示范性实施例的有源天线的示意性电路图。
具体实施例方式
现在参照附图更全面地描述本发明，其中示出了发明的优选实施例。然而可以以多种形式具体化本发明，而且不能以在这里阐述的实施例限制解释本发明。在附图中，相同的参考数字表示同一单元。
图3是依据本发明的示范性实施例的有源天线的方块图。参照图3，从接收器(Rx)信号输入单元，也就是数字广播接收器(比如机顶盒)供给的偏置电流输入至有源天线1000，并通过静电放电(ESD)保护模块900。ESD保护模块900保护输入电压不受静电放电的损害，从而将输入电压保持在预定的电平或更低。在通过ESD保护模块900之后，偏置电流通过信号阻塞模块500。通过阻抗匹配，信号阻塞模块500阻止从信号放大模块400输出的信号沿着偏置线，也就是沿着通过偏置稳定模块600的偏置电流的路径传送。偏置阻塞模块800阻塞偏置电流的同时允许交流电流通过该模块。因此，从ESD保护模块900输出的偏置电流不能沿着从以“a”表示的路径的部分至以“d”表示的路径的部分的方向流动。作为替代，如图3所示，从ESD保护模块900输出的偏置电流可以沿着从“a”至“b”的方向流向信号阻塞模块500。
通过信号阻塞模块500的偏置电流输入至偏置稳定模块600。偏置稳定模块600通过从对应的偏置电流去除比如波纹或噪声之类不理想分量来稳定其偏置电流输入。从偏置稳定模块600输出的偏置电流通过信号阻塞模块500输入至信号放大模块400，然后接地。
现在参照图3描述输入信号路径。信号通过无源天线模块300输入至有源天线1000，该无源天线模块是传统的无源天线。通过无源天线模块300的信号输入至信号放大模块400。信号放大模块400放大输入到其中的信号从而使放大的信号变得与机顶盒适合。放大的信号通过偏置阻塞模块800。由于放大的信号是交流电流，它能够通过偏置阻塞模块800，其阻塞偏置电流并允许交流电流通过。通过使阻抗不匹配，信号阻塞模块500阻止信号沿着偏置线传送，所以通过偏置阻塞模块800的放大的信号不沿着从“d”至“c”的路径传送，而是仅传送至偏置阻塞模块800。由于信号阻塞模块500的缘故，不能沿着从“b”至“a”的方向传送通过偏置阻塞模块800的信号。作为替代，将通过偏置阻塞模块800的信号输入至ESD保护模块900。通过ESD保护模块900的信号最后输入至机顶盒作为Rx信号输出。
图4是依据本发明的示范性实施例的有源天线1000的示意性电路图。
参照图4，无源天线模块300是无源类型的，也就是说，无源天线模块300基本上由无源器件组成的，并包括可变的电感线圈(inductor coil)L3，其能够在12厘米和22厘米之间的范围中改变无源天线模块300的电长度。因此，无源天线模块300能够覆盖从170MHz至220MHz的频带，也就是VHF-H频带。为了通过阻抗匹配增大在VHF-H频带中的信噪比，耦合电容器C7耦合至可变的电感线圈L3。无源天线模块300进一步包括电容器C8，其作为调谐点(tuningpoint)；以及齐纳二极管D1，其将输入至有源天线1000的交流信号的振幅维持在预定的电平或者更低。优选使用商业上可利用的二极管模块RLS4148作为齐纳二极管D1。
信号空间输入至无源天线模块300，并在然后通过耦合电容器C7传送至信号放大模块400。信号放大模块400包括晶体管Q1，其放大输入其中的信号。从机顶盒施加8伏的电压至晶体管Q1的集电极。在晶体管Q1的集电极和基极之间串联连接与电容器C5并联的电阻器R3，以及电阻器R2。电阻器R2和R3控制晶体管Q1的偏置电压。通过电阻器R2、电阻器R3和电容器C5以及晶体管Q1的特性确定偏置电压。在给出的实施例中，将0.7伏的电压施加至晶体管Q1的基极并作为阀值电压。电容器C9匹配从无源天线模块300输出的信号的阻抗，然后将其输入至信号放大模块400。
可以使用由SimensAG制造的晶体管BFP196LAN作为晶体管Q1。由于信号越靠近有源天线1000的输入端口，信号失真就越少，所以优选放大临近无源天线模块300设置的信号放大模块400中的信号，而不是在机顶盒中的信号。此外，具有较少失真的信号在被放大之后更可能具有高的信噪比。设计晶体管Q1，以使它的增益在VHF-H频带中成为12dB。在这种情况下，在晶体管Q1处的集电极的电流是50mA。
参照图4，以预定增益放大输入至晶体管Q1的基极的信号，然后从晶体管Q1的集电极输出。由于来自晶体管Q1的集电极的信号输出是交流信号，它能够通过电容器C6。针对来自晶体管Q1的输出信号，电容器C6作为一个耦合电容器。使用电感器L1控制从晶体管Q1的集电极输出的信号以执行电感失配(inductance mismatching)，从而不能沿着从“d”至“c”的方向传送信号。通过电感器L2控制通过电容器C6的信号以执行电感失配，从而不能沿着从“a”至“b”的方向传送。因此，通过电容器C6的的信号输入至机顶盒作为Rx信号输出。
参照图4，从机顶盒将12伏的偏置电压施加至Rx信号输出端口。施加至Rx信号输出端口的偏置电压保护输入电压不受由齐纳二极管D2引起的突然静电放电的损害，从把输入电压维持在预定的电平或更低。如齐纳二极管D，可以使用二极管模型No.RLS4148作为齐纳二极管D2。由于通过齐纳二极管D2的偏置电流是直流电流，它不能通过电容器C6，并流向电感器L2。通过电感器L2的偏置电流输入至电压调节器U1。可以以电压调节器No.78L09实现电压调节器U1。电压调节器U1衰减包括在从Rx信号输出端口，也就是机顶盒施加的电源电压中的噪声分量。更具体的，通过去除不是来自偏置电压的偏置分量的分量，电压调节器U1稳定偏置电压。将12伏的偏置电压施加至电压调节器U1的输入端口1，并将9伏的偏置电压施加至电压调节器U1的输出端口3。在施加至电压调节器U1的输出端口3的偏置电压下降至8伏的同时通过电阻器R1，从而使8伏的偏置电压施加至晶体管q1的集电极。偏置稳定模块600包括电压调节器U1和四个电容器C1、C2、C3和C4。四个电容器C1到C4的每一个稳定输入其中的偏置电压。
这样，8伏的偏执电压施加至晶体管Q1的集电极，并且0.7伏的偏执电压施加至晶体管Q1的基极。
因此，依据本发明的有源天线比传统的无源天线能够更好地减少天线可以覆盖的频带上的天线的长度的影响。大量测试的结果显示通过可变地设置无源天线模块300的电长度，本发明可以相对于天线的长度衰减频率的变化。因此，依据本发明的有源天线可以作为宽带天线。
依据本发明，在非常小的空间中可以使用涉及VHF-H频带的室内天线。
此外，通过放大在数字接收器中的天线端口处的dNTSC数据可能获得高信噪比。
此外，依据本发明的有源天线比传统的无源天线能够减少天线可以覆盖的频带上的天线的长度的影响。因此，依据本发明的有源天线可以作为宽带天线。
尽管结合参照了附图的其中的优选实施例已经完全描述了本发明，需要注意对本领域的熟练技术人员来说。可以进行各种变化和修改。可以理解这种变化和修改包括在如通过附加权利要求限定的本发明的范围中。因此，可以理解以全部方面描述的实施例仅是描述性，而不是限定本发明的范围的。
权利要求
1.一种有源天线，包括无源天线模块，接收预定频带中的信号并调节其电长度；以及信号放大模块，放大从天线端口处的无源天线模块输出的信号并传送放大的信号至数字广播接收器。
2.如权利要求1所述的有源天线，进一步包括偏置稳定模块，所述偏置稳定模块通过从偏置电压中去除不是偏置分量的分量来稳定从数字广播接收器施加的偏置电压。
3.如权利要求2所述的有源天线，进一步包括偏置阻塞模块，阻塞通过从数字广播接收器施加的偏置电压产生的偏置电流，并允许从信号放大模块输出的信号通过该偏置阻塞模块；以及信号阻塞模块，阻止信号沿着通过偏置稳定模块的偏置电流的路径传送。
4.如权利要求3所述的有源天线，进一步包括静电放电(ESD)保护模块，所述静电放电模块保护从数字广播接收器施加的偏置电压不受静电放电的损害，从而将偏置电压维持在预定的电平或更低。
5.如权利要求1所述的有源天线，其中数字广播接收器接收在VHF-H频带中传送的数据输入国家电视系统委员会制式(dNTSC)数据。
6.如权利要求1所述的有源天线，其中无源天线模块包括电感线圈，改变无源天线模块的电长度以接收预定信号；第一电容器，匹配其的阻抗与电感线圈的阻抗用于预定频带；以及第二电容器，作为用于预定频带的调谐点。
7.如权利要求6所述的有源天线，其中预定频带是VHF-H频带。
8.如权利要求1所述的有源天线，信号放大模块包括晶体管，以预定的增益放大从无源天线模块输入至其基极的信号，并输出放大信号至其集电极；以及至少一个电阻器，控制晶体管的偏置电压。
9.如权利要求8所述的有源天线，进一步包括电容器，用于匹配从无源天线模块输出并输入至信号放大模块的信号的阻抗。
10.如权利要求2所述的有源天线，其中偏置稳定模块包括电压调节器，衰减包括在从数字广播接收器施加的偏置电压中的噪声分量；以及至少一个电容器，稳定向其施加的偏置电压。
11.如权利要求3所述的有源天线，其中偏置阻塞模块作为电容器，耦合从信号放大模块输出的信号。
12.如权利要求3所述的有源天线，其中信号阻塞模块包括两个电感器。
13.如权利要求4所述的有源天线，其中静电放电(ESD)保护模块是齐纳二极管。
14.一种操作有源天线的方法，包括步骤接收预定频带中的信号并通过无源天线调节其电长度；以及放大信号并传送放大的信号至数字广播接收器，与数字广播接收器相比，信号被放大得更临近于无源天线。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括步骤通过从偏置电压中去除不是偏置分量的分量来稳定从数字广播接收器施加的偏置电压。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括步骤阻塞从数字广播接收器施加的偏置电压产生的偏置电流的同时，使放大的信号通过；以及阻止信号沿着偏置电流的路径传送。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括步骤保护从数字广播接收器施加的偏置电压不受静电放电的损害，从而将偏置电压维持在预定的电平或更低。
18.如权利要求14所述的方法，其中接收步骤进一步包括步骤改变无源天线的电长度以接收预定信号；以及匹配电容器的阻抗与电感线圈的阻抗以用于预定的频带。
19.如权利要求17所述的方法，其中预定的频带是VHF-H频带。
20.如权利要求15所述的方法，其中稳定步骤包括步骤衰减包括在从数字广播接收器供给的偏置电压中的噪声分量。
全文摘要
一种有源天线，使用电感线圈可以改变其电长度，并且其具有放大电路。该有源天线包括无源天线模块，接收预定频带中的信号并调节其电长度；以及放大电路，放大从天线端口处的无源天线模块输出的信号并传送放大的信号至数字广播接收器。该有源天线通过放大在数字广播接收器中的天线端口处的信号来获得高信噪比，其接受数据输入全国电视系统委员会制式(dNTSC)。
文档编号H03H7/38GK1619882SQ200410094628
公开日2005年5月25日 申请日期2004年11月17日 优先权日2003年11月19日
发明者裴范烈 申请人:三星电子株式会社