專利名稱：帶有接收電平調(diào)節(jié)的有源寬帶接收天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有源寬帶接收天線，該天線由一個與頻率相關的有效長度為le的無源天線部件1組成，它的輸出連接端與一個放大電路21的輸入連接端進行高頻連接。電氣長天線，或者與大電子體直接耦合的天線，在通過一個在頻率上保持固定不變的電場強度激發(fā)時而具有與頻率相關的空載電壓，它用有效長度le(f)來表示。特別是在30MHz以上的高頻范圍內(nèi)，在地面環(huán)境情況下來自低頻的天線噪聲溫度將下降，即對于雙極性三極管，無源天線一側在三極管的最優(yōu)阻抗Zopt附近需要為噪聲匹配提供一個電源阻抗，以保證不會出現(xiàn)由于三極管噪聲而造成的靈敏度損失。此類有源天線的基本形式在圖2b中給出，并在DT-AS 23 10 616，DT-AS 15 91 300以及AS1919749中公開。對于不選擇信道、而是在一個頻帶內(nèi)，例如甚高頻無線電頻率范圍內(nèi)調(diào)諧的有源寬帶接收天線，必須將短天線的阻抗Zs(f)變換到最優(yōu)阻抗Zopt附近ZA(f)(參見DT-AS 23 10 616的甚高頻范圍)，或者短天線自身具有如下的形式，使得天線的阻抗Zs(f)位于最優(yōu)阻抗Zopt附近(參見AS 1919479的甚高頻范圍和天線)。無論對于大的電子天線還是對于小的電子天線，將導致三極管輸入端空載電壓與頻率相關。這種空載電壓表現(xiàn)為無源天線的有效長度le的高度頻率相關性。為此，與電壓分配系數(shù)(優(yōu)化阻抗Zopt和與后者有偏差的三極管的輸入電阻之間的電壓分配系數(shù))的頻率相關性有關，必須保證由此產(chǎn)生的接收信號的頻率響應處于負載阻抗ZL，通過一個匹配電路在有源電路的輸出端進行平滑。這也起到對后接的接收設備的必要保護作用，起到防止電平過載而產(chǎn)生的非線性效應的保護作用。
對于寬帶接收天線，由于在傳感器附近電場強度很強，例如船用發(fā)射器(bordeigener Sender)，由于互調(diào)或者極限效應，在有源接收天線的電子放大器出現(xiàn)很強的輸入干擾，需要在考慮到高度敏感性和寬帶的電氣屬性的情況下來對其進行考慮。對此使用的技術通常是非常復雜的，其費用隨著對互調(diào)穩(wěn)定性的要求的提高而迅速增加。對于使用帶有控制電路的整流電路、用于確定信號電平的有源接收天線，可以使用廉價的放大器，因為當超過預先設定的接收電平時有源天線的內(nèi)部放大作用將下降，以通過這種方式避免由于互調(diào)和極限效應所造成的在放大器和后續(xù)電路中出現(xiàn)的接收噪聲。
在DE 43 23 014中描述了一種有源寬帶接收天線，在該天線中使用一個低損耗的變換網(wǎng)絡將待測量的天線阻抗變換到連接至負載端的電子放大器的最佳源阻抗位置，以得到一個最佳的信噪比。為對后接的接收設備提供一個防止由于過電平而造成的非線性效應的保護，經(jīng)常需要減小天線內(nèi)部的放大作用。在DE 43 23 014中通過一個整流電路來確定是否超過了一個預先設定的接收電平，并通過一個控制放大器減小內(nèi)部放大作用。這是按照如下方式進行的，設有一個無源的信號衰減網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡與有源天線部分進行橋接，通過使用在信號通道輸入端或輸出端、或者輸入端和輸出端的電子放大器將信號路徑分離的方法，使得有源接收天線內(nèi)部的放大作用減小。此時，在放大器輸入端出現(xiàn)的負載通過橋接的信號衰減網(wǎng)絡，與網(wǎng)絡中附帶的切換措施一起會引起干擾。
在放大器輸入端帶有變換網(wǎng)絡的有源天線的基本形式，例如應用于甚高頻范圍的寬帶天線，在圖2b中給出，并在DT-AS 23 10616，DT-AS DT-AS 15 91 300中已經(jīng)公布。根據(jù)現(xiàn)有技術的、帶有天線排列的有源天線例如在高頻頻率范圍以上的很大范圍內(nèi)與一個用于車窗玻璃加熱器的加熱區(qū)域一同安裝在車輛的窗玻璃上，例如在EP 0 396 033，EP 0 346 591和EP 0 269 723中所描述。用作無源天線部件1的加熱區(qū)域結構的車輛部件原本并不是用作天線，由于它具有加熱功能，因此不能對該部件作出很大變動。如果在此類的天線部件上實現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)有技術的、如圖2b所描述的有源天線，則需要使用一個初級匹配電路，將隨著加熱區(qū)域出現(xiàn)的阻抗變換到用于噪音匹配的阻抗Zopt附近，并通過使用一個輸出端匹配網(wǎng)絡將有源天線的頻率響應進行平滑。這一措施需要相當復雜的兩個濾波器電路的大小設計，其中為實現(xiàn)有源天線的具有優(yōu)點的總體特性，由于相互之間的相關性，每個濾波器是不能分離的。此外，為了實現(xiàn)理想的線性特性，放大電路不能如圖2b中所示由簡單的放大器單元構成，其中兩個匹配網(wǎng)絡的設計自由度明顯上受到限制。此外，在構建兩個濾波器時的費用很高。這類有源天線的另一個值得注意的缺點在于，當由同一個加熱區(qū)域形成多個有源天線、從而構建一個天線分集系統(tǒng)時，即形成具有特殊的定向性或其他目的的天線組時，會加重與加熱區(qū)域相連接的、帶有后接放大器的匹配電路的負載。這些缺點在以下所有的天線系統(tǒng)中均出現(xiàn)，即它們的無源天線部件值得注意地相互電磁耦合連接。例如按現(xiàn)有技術，在一個由加熱區(qū)域構成的多天線掃描分集系統(tǒng)中，在加熱區(qū)域形成的連接點處為天線放大器設置一個開關二極管，每個二極管僅連通帶有放大器的匹配電路，放大器的信號連接到接收器上，其他的連接點被釋放。在此類系統(tǒng)中，這將導致很高的費用，附帶還需要與所選擇的天線精確同步換向的二極管。
因此本發(fā)明的任務是根據(jù)權利要求1的前序部分構造一個有源寬帶接收天線，對于預先給定的無源部件，在保證高的噪聲敏感性和高的線性度情況下，與有效長度的頻率相關性和無源天線部件的阻抗無關，可現(xiàn)實對接收輸出的頻率相關性的自由選擇，并給出一種有效裝置，用于在超過預先給定的接收電平的情況下減小有源天線內(nèi)部的放大作用，以起到防止非線性效應的保護作用。
本任務將根據(jù)本發(fā)明，通過權利要求1中的特征部分來解決。
本發(fā)明的優(yōu)點在于減小了費用，并實現(xiàn)了在考慮到信噪比和有害的非線性效應的影響下可得到最佳接收信號的簡單結構。通過主權利要求的技術特征實現(xiàn)了三極放大器單元2的高線性度保證，減小了在該單元的輸出端處的內(nèi)部放大作用，并同時提高了線性負反饋。由于省去了初級匹配網(wǎng)絡以及放大電路輸入端的高電阻，設計復雜的多天線系統(tǒng)具有很好的自由度，它的無源天線部件相互無源耦合。由此形成的具有的優(yōu)點的特性是，對于多天線系統(tǒng)，接收信號的多次輸出耦合從一個帶有多個連接點的無源天線中接出，它們之間相互電磁耦合，通過有源天線的結構，沒有接收信號之間的可察覺到的相互影響。與分集系統(tǒng)相聯(lián)系，也可具有優(yōu)點地省去上述的用于釋放連接點的開關二極管，在各個釋放的連接點上沒有信號可供切換至接收器。
根據(jù)本發(fā)明的有源寬接收帶天線和天線系統(tǒng)的實施例在附圖中進行描述，以下將對其進行詳細說明。如圖所示
圖1根據(jù)本發(fā)明的有源寬帶接收天線，帶有一個直接連接在無源天線部件1上的放大電路21，該放大電路具有一個三極放大器單元2，還具有變換網(wǎng)絡31的電源線中的輸入導納7，該變換網(wǎng)絡帶有一個可調(diào)節(jié)的變換單元34，例如以一個可調(diào)節(jié)的電子單元32的長度阻抗的形式實現(xiàn)，一個連接到負載端的低損耗濾波器電路3和一個作用到輸出側的有效有功電阻5和控制放大器33。
圖2a)一個根據(jù)本發(fā)明的有源寬帶接收天線的等效電路圖，帶有串聯(lián)噪聲電壓源ur和一個在工作中可以忽略不計的并聯(lián)噪聲電流源ir，它是由場效應管形成的，該場效應管作為三極放大器單元2，具有一個變換范圍外的輸入端高阻低損耗濾波電路3。
b)一個根據(jù)現(xiàn)有技術的有源寬帶接收天線的等效電路圖，帶有噪聲匹配網(wǎng)絡和連接在三極管連接點上的、有效長度與頻率有關的無源天線部件1，以及一個用于平滑頻率響應的輸出端匹配網(wǎng)絡。
圖3如圖1的有源寬帶接收天線，但是帶有一個可調(diào)節(jié)的變換單元34，該單元具有多個串聯(lián)的電阻35，電阻35與用作開關二極管36的電子單元34并聯(lián)連接，用于逐級降低接收電平。
圖4如圖1和圖3的有源寬帶接收天線，但是帶有一個可調(diào)節(jié)的變換單元34，該變換單元由具有逐級變壓比(t)的變壓器38構成，開關二極管36作為可調(diào)節(jié)電子單元32用于設定一個大的變壓比(t)，由此在大的接收電平情況下實現(xiàn)在輸入電壓UE和輸出電壓UA之間的大的比例。
圖5如圖1、圖3和圖4的有源寬帶接收天線，但是帶有一個可調(diào)節(jié)的長度單元30作為與頻率相關的偶極天線47，它帶有一個與低功率損失濾波電路3的輸入端導納7類似的偶極導納46，但是這個偶極導納比低功率損失濾波電路3的輸入導納7小一個與頻率無關的因數(shù)(t-1)，帶有一個與頻率相關的偶極天線47的開關二極管36。
圖6如圖4的有源寬帶接收天線，帶有噪聲數(shù)為Fv的、作為擴展電路的放大器單元11；在接收電平很小的情況下作用的導納7的實部G足夠大，以至于放大器單元的噪聲作用小于場效應管2的噪聲作用。
圖7如圖2a的有源寬帶接收天線，帶有多個低功率損失的濾波電路，它們通過開關二極管36在變換網(wǎng)絡31的輸入端和輸出端之間交替切換為打開和關閉，以實現(xiàn)交替降低有源天線內(nèi)部的放大作用。
圖8如圖6的有源寬帶接收天線，但是帶有一個濾波電路3，濾波電路中具有固定設置的電抗單元20和20a，通過可調(diào)節(jié)的電子單元32將其接通或者斷開，以降低內(nèi)部放大作用。
圖9三極放大器單元2的設計，作為擴展的三極放大器單元a)由一個輸入場效應管13和一個射極跟隨電路中的雙極性三極管14構成，b)由一個輸入雙極性三極管49和射極跟隨電路中的另一個雙極性三極管50構成，c)由一個輸入三極管和另一個用于輸入三極管的高頻漏極和集電極跟隨的三極管組成，d)由一個組合三極管電路組成，該三極管電路用于在由于過高接收電平造成的有源天線內(nèi)部放大作用下降時，對輸入三極管的卸載電壓UD045和卸載電流IS050進行電子控制。
圖10帶有一個連接點18的無源天線部件1，它的兩個連接端相應于接地點置為高狀態(tài)，帶有一個場效應管2a和另一個場效應管2b，以及一個用作隔離變壓器的變壓器38，該變壓器帶有一個開關二極管36，用于調(diào)節(jié)變壓比。
圖11多個發(fā)射頻帶的設計，對每個發(fā)射頻帶具有多個分離的發(fā)射路徑。每一個發(fā)射路徑以選頻方式分配有一個可調(diào)節(jié)發(fā)射單元34，34’和一個控制放大器33，33’。
圖12如圖11的系統(tǒng)，但是帶有在接收器44內(nèi)的可選擇控制開關的控制放大器33，33’，用于控制有源天線內(nèi)部的可調(diào)節(jié)變換單元34，34’打開和關閉。
圖13用于定向作用的天線組，帶有無源天線系統(tǒng)27，無源天線系統(tǒng)27中帶有相互電氣無源耦合的連接點18，其中每一個連接點與一個放大電路21和一個高頻導線10相連接，并將各自的信號匯集到天線組合器22中。設有一個共用的控制放大器33，用于監(jiān)控天線輸出端的高頻接收信號8。
圖14掃描分集天線系統(tǒng)，帶有如圖13所示的設置，但是在天線組合器22的位置上帶有一個電子換向開關25，并且各自的等效負載電阻26用于為沒有接通的天線支路提供負載。設有一個共用的控制放大器33，用于監(jiān)控所選擇的高頻接收信號。
圖15掃描分集天線系統(tǒng)，由壓在窗玻璃上的帶有多個適于分集定位的連接點18的加熱區(qū)域構成，用于得到與分集無關的接收信號8。設有一個共用的控制放大器33，用于監(jiān)控電子轉(zhuǎn)接開關25中的、所選擇的高頻接收信號。
圖16如圖15的掃描分集天線系統(tǒng)，但是帶有獨立確定的電納23，以改善無源天線部件1的接收信號的分集不相關性。每個有源天線分配有一個分離的控制放大器33。
圖17根據(jù)本發(fā)明的有源天線，但是帶有一個變換器24，該變換器具有電阻足夠高的初級電感和足夠大的變壓比，以提高寬帶有效長度le。
圖18a)和b)可能的無源天線部件1的天線配置的示例。
c)在頻率范圍為76至108MHz的阻抗平面上，天線結構A1、A2和A3的阻抗曲線，陰影范圍為RA＜RAmin并且RA＞RAmax。
d)如c)的天線阻抗的實部，允許的值域為RAmin＜RA＜RAmax。
圖19a)串聯(lián)電抗X1和X3的曲線，以及并聯(lián)的如圖6b的根據(jù)本發(fā)明的T型濾波網(wǎng)絡的電納B2，頻率為例子中寬帶覆蓋無線電范圍甚高頻無線電廣播，以及甚高頻和超高頻電視廣播。
b)在a)的頻率范圍內(nèi)，按照本發(fā)明的天線的等效電路圖。
在圖1中描述了一個符合本發(fā)明的天線的基本形式。示例中為一個壓在汽車窗玻璃上的加熱區(qū)域，無源天線部件1不能采用如下形式，即它在作為天線使用時在米和分米波長范圍內(nèi)具有所希望的特殊屬性，并且因此根據(jù)它的幾何結構和窗子的金屬外框使得有效長度le和它的阻抗具有隨機的頻率相關性。本發(fā)明的實質(zhì)在于實現(xiàn)一個有源天線，該天線使得預先給定的無源天線部件1的隨機頻率相關性通過一個花費小且可簡單確定和簡單實現(xiàn)的有源天線來獲得，并根據(jù)固有噪聲、線性度和頻率響應來自設計，并且在具有電場強度E的入射波和高頻接收信號8之間實現(xiàn)一個預先給定的頻率響應。根據(jù)本發(fā)明，在連接點18出現(xiàn)的接收電壓被送至放大電路21，放大電路在其輸入端帶有一個三極放大器單元2，最好是一個帶有場效應管特征的單元2，其中在它的電源線上反向連接一個低損耗的濾波電路3的接收導納7，其中在電路的輸出端連接有一個有效有功電阻5。在一個此類天線中，根據(jù)本發(fā)明接收導納7可以具有如下形式，即強的頻率相關性，其中由無源天線部件1的有效長度le所表示的接收空載電壓在高頻接收信號8中基本上被補償。為了在很大的接收場強下降低接收電平，在可調(diào)節(jié)的變換單元34中設有可調(diào)節(jié)的長度單元30，在低接收電平下長度單元導通。如果在很高的接收電平情況下將長度單元30調(diào)節(jié)為高阻，則高頻接收信號8將會降低，另一方面反向連接在三極管電源線上的有效阻抗將提高并減小此處出現(xiàn)的導納7’。因此，場效應管2將通過這一措施線性化并保護在過大的接收電平時的后續(xù)電路。
以下將根據(jù)圖2a和圖5中的等效電路圖，對于本發(fā)明中的天線的工作方式和設計原理進行說明可根據(jù)發(fā)射功率范圍內(nèi)的天線溫度進行估計，判斷一個預先給定的無源天線部件1是否適用于一個具有足夠噪聲敏感性的有源天線的結構中。一般情況下場效應管具有一個極小的并聯(lián)噪聲電流源ir，因此與場效應管的串聯(lián)噪聲電壓源ur相比(以它的等效噪聲電阻RǎF表示)，在很小的柵極-源極電容和柵極-漏極電容C2和C1情況下，它的分量ir*ZA總是小到可以忽略不計的，在實際情況中出現(xiàn)的天線阻抗ZA也是可以忽略的。因此敏感性要求降低到噪聲電壓源ur2＝4kT0BRǎF比接收到的噪聲電壓源urA2＝4kTABRA(由天線溫度TA和天線阻抗ZA的實部RA給出)小，或至少與后者相等。當噪聲分量相等時，且電容C2和C1小到可以忽略不計時，敏感性判據(jù)只需簡單地檢測下式是否成立即可RA＞RǎF*T0/TA(1)
與其余的布線相比，現(xiàn)有的鍺-砷三極管的電容C2和C1小到可以忽略不計，并且考慮到預計的應用情況，ir的作用也小到可以忽略不計，因此在噪聲匹配時此類三極管具有極低的噪聲溫度TN0。等效噪聲電阻與閉合電路電流有關，在30MHz的帶寬以上時為30歐姆或更小。對于應用于頻高頻頻率范圍內(nèi)且天線溫度為大約1000K的天線實例而言，考慮到噪聲敏感性，復天線阻抗(在低損耗場效應管2中表現(xiàn)為發(fā)射電阻)的實部在發(fā)射頻率范圍內(nèi)僅為RA(f)＞大約10歐姆就足夠了。
在圖5中描述了放大器單元11在高頻線10的未端連接在低損耗濾波電路3的輸出端上的的噪聲分量。當放大電路21中具有足夠的放大作用時，相應的這一分量將保持很小。為保護連接在負載一側的放大器單元11不受到非線性效應的影響，通常必須與頻率無關地將這一放大作用限制在發(fā)射頻率范圍內(nèi)。最好通過將位于低損耗濾波網(wǎng)絡3的輸出端的有效有功電阻5相應無損耗地變換為合適的、與頻率相關的輸入阻抗7來實現(xiàn)，如果基于有效長度le(f)的頻率相關性而對輸入阻抗7的頻率相關性要求已知，則可以找出一種由用于低功率損失的濾波電路3的電抗組成的電路，以滿足這一要求。
圖5中說明了一個按照本發(fā)明的評價標準，該標準針對一個在發(fā)射頻率范圍內(nèi)的、必要的并與頻率無關的接收線路設計示例，該設計在陸地無線電接收情況下用于車載有源天線，圖5的說明考慮到連接到負載一側的接收設備的接收輸出。對與頻率無關的接收關系提出了要求，以保證在連接到有源天線的負載端接收系統(tǒng)的噪聲分量之下不會降低整個系統(tǒng)的敏感性。另一方面，保證不會在放大作用過高時受到非線性效應的影響，這是由于在發(fā)射范圍內(nèi)與頻率相關的接收關系。在圖5中，通過放大器單元11描述了連接到有源天線負載端的接收系統(tǒng)，該放大器單元11的噪聲數(shù)為Fv。它對于總噪聲的噪聲分量在圖5中以放大電路21輸入端的等效噪聲電阻RǎV表示，其中RǎV＝(Fv-1)/(4*G(f))(2)這里以G(f)表示低功率損失的濾波電路3的輸入導納7與頻率相關的實部。當下式(3)成立時，與不可避免地接收到的帶有TA的噪聲RA相比，這一噪聲分量并不顯著G(f)＞＞[(FV-1)*T0/(4*TA)]*[1/RA(f)](3)為滿足敏感性條件，在一個具有優(yōu)點的有源天線實施例中，根據(jù)本發(fā)明，將低功率損失濾波電路3的輸入導納7的實部G(f)的頻率相關性選擇為復天線阻抗的實部RA(f)的頻率響應的倒數(shù)。對于一個FV～4的甚高頻無線電接收器的示例，可近似選擇G(f)＜1/(3*RA(f))。為了保護接收器不會受到過大的接收電平的影響，還應注意有源天線的功率放大不能顯著大于整個系統(tǒng)的最優(yōu)敏感度，因此將G(f)選擇為如(3)式右側所述的值。
在本發(fā)明中實現(xiàn)了如下的優(yōu)點，即由RA(f)所確定的頻率響應G(f)可以很容易滿足，因為低功率損失濾波電路3的輸入端控制的開/關源阻抗(它以場效應管2的1/gm來表示)，以及低功率損失濾波電路3的輸出端處的有效有功電阻5都具有不可避免的電抗分量。因此按照本發(fā)明的有源天線的頻率響應可以具有優(yōu)點地實現(xiàn)自由選擇。相反的，在圖2b中描述的根據(jù)現(xiàn)有技術的有源天線中，與頻率相關的發(fā)射器阻抗ZS(f)必然、不可分離地作為變換網(wǎng)絡初級側的源阻抗。發(fā)射器阻抗的頻率響應限制了阻抗可達到的帶寬變換到Zopt附近，并且也限制了有源電路輸出端的信噪比的帶寬。
以下說明根據(jù)本發(fā)明的實施例中有源天線的頻率響應G(f)，其中要求連接到有源天線負載端的接收系統(tǒng)的輸入端處的接收功率Pa比一個無源的參考天線，例如車載無源鞭狀天線在諧振長度上大一個因數(shù)V?；诒匾牟煌较驁D，在一個已確定的恒定入射波的仰角θ情況下，該因數(shù)與方位角的平均值有關。在車輛轉(zhuǎn)彎情況下通過天線測量距離與方位角的方向性系數(shù)進行比較，在無源天線部件1和參考天線上得到在整個回轉(zhuǎn)過程的第N個轉(zhuǎn)角步驟上，預先給定的無源天線1的方向性因素Da(n，θ)和相應的無源參考天線的方向性系數(shù)Dp(n，θ)，在第n個轉(zhuǎn)角步驟中下列等式分別成立Dam(f)=1NΣn=1NDa(Φn,Θ,f)----(4a)]]>
即對于在參考頻率下的參考天線Dpm(f)=1NΣn=1NDp(Φn,Θ)----(4b)]]>對于在圖5中通過放大器單元11描述的連接在有源天線負載端的接收系統(tǒng)通常與高頻線路系統(tǒng)的線路特征阻抗ZL有關。當場效應管2的輸入曲線的斜度gm足夠大時，負載電阻9中的平均方位角接收功率為Pam=12E2·lem2(f)·G(f)----(5)]]>其中在考慮到通過Dam(f)根據(jù)式(2)得到的無源天線部件1的有效面積時，在所有的頻率下出現(xiàn)的無源天線部件1的平方有效長度的方位角平均值lem2(f)按照下式確定lem2(f)=1NΣn=1Nlen2(f)=λ2π·RA(f)Z0·Dam(f)----(6)]]>Dpm對無源參考天線的平均方位角接收功率的值由式(5)確定Pam=λ28·π·E2Z0·Dpm----(7)]]>考慮到放大作用的要求Pam/Ppm＝V，根據(jù)本發(fā)明可得出頻率響應G(f)為G(f)=1RA(f)·DpmDam·V----(8)]]>對于效率為η的有功率損耗的無源天線部件1，式(8)中的方向性系數(shù)Dam(f)由Dam(f)*η來代替。其他的尺度調(diào)節(jié)不變。
對于方位角平均值Dpm和Dam(f)近似相等的情況，G(f)的頻率相關性與1/Ra(f)成比例。如果V選擇得足夠大，使得下式成立DpmDam(f)·V>>(FV-1)·T04·TA----(9)]]>則連接到有源天線負載端的接收系統(tǒng)對于總體噪聲的噪聲分量小到可以忽略不計。如果另外滿足式(1)的要求，則敏感性僅與無源天線1的方位角以及所存在的干擾入射有關。對于信噪比為1的情況，最小必要平均方位角輻射密度Sam為
Sam(f)=k·TA·BDam(f)·4πλ2----(10)]]>其中如果Dam(f)由Dam(f)*η來代替，則將增加1/η。
當考慮到車輛自身發(fā)出的干擾輻射時，可為根據(jù)本發(fā)明的天線選擇一個合適的無源天線部件1，作為安裝在車輛上的部件，選擇時要結合式(1)中給出的并將在下文中詳細討論的RA(f)的條件，其中比率TA/Dam(f)確定為對于發(fā)射頻率范圍足夠大的值。
在圖18a和18b中作為示例描述了一個如本發(fā)明所述的有源天線的可能的無源天線部件1的天線配置。在連接點18處有作為頻率的函數(shù)的阻抗曲線ZA(f)，該曲線表示在圖18c中的復阻抗平面上。在圖的左側邊緣以陰影線標出的范圍以值RAmin＝常數(shù)的曲線為邊沿。當確定與TA有關的干擾發(fā)生時，在這一范圍之外的阻抗曲線滿足式(1)所確定的場效應管2的噪聲可以被忽略的條件。該圖有力的說明了按照本發(fā)明的有源天線與圖2中所描述的根據(jù)現(xiàn)有技術的有源天線相比的優(yōu)點，即在沒有輸入端設有匹配措施的情況下，整個天線結構也可以在沒有輸入端變換裝置時滿足上述條件的要求。在圖18c中給出了圖18a和圖18b中所描述的無源天線部件1在頻率范圍為76至108MHz時的實部。結合式(3)和式(8)考慮，根據(jù)本發(fā)明構造的、連接在低損耗的濾波電路3的輸入端上的輸入端導納7的實部頻率響應分別與圖18d中的曲線變化相反。
在根據(jù)本發(fā)明的放大電路21中，由于可能出現(xiàn)的非線性效應，例如互調(diào)，自然還會存在一個可承受的輸入端有效電壓值的上限，在接收范圍內(nèi)這個電壓由有效長度le給出。最大可承受的電壓可通過選擇一個合適的場效應管2和選擇一個合適的工作點以及其他的已知布線裝置來提高。根據(jù)本發(fā)明，在已知方位角方向性系數(shù)Dam(f)的情況下，可根據(jù)式(6)為最大可承受的方位角平均值lem分配一個最大可承受的有功部分RAmax。對于尺度上不允許的值域RA＞RAmax，在圖18c和18d中同樣以陰影線標出。對于作為無源天線部件1的應用，阻抗值的輻射阻抗RA特別有利的設計位于RAmin＜RA＜RAmax，即值域中的陰影線之外。
在本發(fā)明的另一個具有優(yōu)點的實施例中，通過使用一個變壓比為ü的、低損耗的變壓器對給定的天線結構進行補充，如圖17中所描述，變壓器與一個天線結構，例如車窗玻璃上的加熱區(qū)域一起構成無源天線部件1。寬帶變壓比可以有利地進行選擇，使得在變壓器輸出端可測量的阻抗的實部位于RAmin＜RA＜RAmax的范圍內(nèi)。其優(yōu)點是初級電感可以設置為足夠高的電阻。
線性度要求可以通過足夠高的負反饋來實現(xiàn)，利用在源電路的輸入導納7。這要求在發(fā)射范圍內(nèi)的負反饋相對較小，這可根據(jù)放大要求，例如根據(jù)式(8)確定尺度，但是在發(fā)射范圍之外則需要盡可能大的負反饋。在本發(fā)明的一個具有優(yōu)點的改進型中，為實現(xiàn)此類的低損耗的濾波電路3，建議使用T形半濾波器或者T形濾波器，或者使用上述類型的濾波器組成的鏈式電路。在圖中描述了此類濾波器的基本結構。為對應于一個復雜的頻率曲線G(f)，可對各個單元通過另外的電抗元件進行補充。為使得輸入端具有高阻并且在阻帶范圍內(nèi)起到很好的阻帶作用，建議由無功電阻組合成串聯(lián)支路或者并聯(lián)支路，使得不僅在串聯(lián)支路28中，而且在并聯(lián)支路29中，無功電阻的絕對值在發(fā)射頻率范圍內(nèi)足夠小，而在發(fā)射頻率范圍之外足夠大(參見圖19b)。
在本發(fā)明的另一種具有優(yōu)點的應用中，建議對于不同的G(f)特征曲線，相應的低損耗濾波電路3的適當基本結構，首先將值不確定的電抗元件通過一個模型數(shù)字計算機確定其值，并通過測量裝置以測量的方式或計算的方式來確定無源天線部件1的阻抗ZA以及方位性系數(shù)的方位角平均值Dam，并存儲在數(shù)字計算機中。通過根據(jù)式(8)確定的頻率響應G(f)，可以實現(xiàn)下面要具體確定低損耗濾波網(wǎng)絡3的電抗分量，以根據(jù)變化計算，可以針對預先給定的有源天線的放大值V，相應地選擇合適的濾波電路基本結構。
特別是在此類的天線結構中，即由多個天線構成的天線結構，例如分集天線系統(tǒng)，成組天線系統(tǒng)或者多范圍天線系統(tǒng)，本發(fā)明中另一種具有優(yōu)點的改進結構是如圖6所描述的，將放大器單元11作為放大電路21的有源輸出級。這可以通過設置一個與常規(guī)同軸電纜的波阻抗ZL相似的輸出電阻來實現(xiàn)。有效有功電阻5同時也通過放大器單元11的輸入阻抗來形成。因此G(f)可以根據(jù)上述的結構通過與阻抗相連接的低損耗濾波網(wǎng)絡3構成。
由于可調(diào)節(jié)的變換單元34在接收電平很小時失效，這將不會損害到靈敏度。在有源天線的第一個放大器單元后的電壓下降是特別具有優(yōu)點的，因為它將考慮到待進行的互調(diào)干擾的頻率相關性而提供一個最佳的效果。對整個接收系統(tǒng)的靈敏度的影響將僅通過電壓下降后連接到負載端的電路的噪聲數(shù)升高的作用來確定。
以下將對比說明有源天線的不同形式的內(nèi)部放大作用的下降。在圖1、圖2a和圖3中通過長度單元30實現(xiàn)了放大作用的下降，這是與頻率無關的。因此如果接收信號位于天線阻抗的低阻實部頻率處，并根據(jù)本發(fā)明具有很大的輸入端導納值G(f)，比天線阻抗的高阻實部的頻率處的接收信號衰減得更明顯。因此在使用一個與頻率無關的長度單元30時，必須針對高接收電平時的下降選擇一個平均電阻值，該值對于互調(diào)接收信號在天線阻抗的實部很大的情況下很小，而在天線阻抗的實部很小時很大。其中也存在這樣一種危險，即對于互調(diào)接收信號在天線阻抗實部很大的頻率下由于負反饋作用很小，會產(chǎn)生很強的互調(diào)干擾，并且另一方面剩余的放大作用在天線阻抗實部很小的頻率處很小，使得設備在這一頻率下不敏感。
因此在本發(fā)明的具有優(yōu)點的實施例中，為此設置了一個可調(diào)節(jié)的變換單元34，該單元在低接收電平下與頻率無關地對導納7進行調(diào)節(jié)，使之降低一個合適的因數(shù)。在目前可用的放大器元件中，例如在甚高頻范圍以及應用于汽車上的情況，可實現(xiàn)電平在20*log(t)＝10dB與20*log(t)＝20dB之間的下降。以此，有源天線的內(nèi)部放大作用將與頻率無關地下降一個所需的因數(shù)，而上述的與頻率有關的互調(diào)效應將不會出現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，這例如可以通過圖4和圖6中所描述的變壓器系統(tǒng)來實現(xiàn)。與頻率無關的變壓器的變壓比可通過所示的分組線圈和開關二極管36形成一個可調(diào)節(jié)的電子單元32，該單元可遂級調(diào)節(jié)。當正確了選擇變壓比時，在低或高的接收電平范圍內(nèi)，可以分別選擇一個合適的導納7和7’中有功電導G(f)的值。為提高線性度和三極放大器單元2的電流調(diào)制范圍，在圖6中進行如下設置，使得該單元中的閉合電路電流隨著有源天線的內(nèi)部放大作用的下降而有所上升。
另一種可達到與頻率無關的負反饋的方法可通過圖5中的設置實現(xiàn)。此時為實現(xiàn)與頻率無關的高頻接收信號8的下降，將可調(diào)節(jié)長度單元30設計為與頻率相關的偶極天線47。它與一個偶極導納46相關，偶極導納46與低損耗的濾波電路3的輸入端導納7相似，但是比低接收電平下的變換網(wǎng)絡31的輸入端導納7小一個與頻率無關的因數(shù)t-1。將一個與頻率相關的偶極天線47并聯(lián)一個開關二極管36，通過將該開關二極管設置為截止狀態(tài)，使得偶極導納46有效，通過將該開關二極管設置為導通狀態(tài)，將偶極導納46橋接，在開關二極管36截止時高頻接收信號8將下降一個基本上與頻率無關的因數(shù)t＝UE/UA。
在本發(fā)明的另一種具有優(yōu)點的改進結構中，如圖8所示的作為濾波器的變換網(wǎng)絡31被設計作為一個低損耗濾波電路3，電帶有固定設置的電抗元件20。此時使用可開關的電抗元件20a，這些電抗分量通過可調(diào)節(jié)的電子單元32以如下方式開啟或者關閉，當?shù)陀谝粋€預先設定的接收電平時，為增加有源天線的內(nèi)部放大作用，實現(xiàn)了電源連接端24的有效輸入導納7的所需的、增大了的有效電導G(f)的頻率相關性。另一方面，當高于一個預先設定的接收電平時，為減小有源天線的內(nèi)部放大作用，相應減小的有效電導G’(f)的頻率相關性設置為與電源連接端24的有效輸入導納7’相同的頻率相關性。
在圖7中具有優(yōu)點的設置中，變換網(wǎng)絡31中設有多個低損耗的濾波電路3，3a，它們通過開關二極管36交替地連接在變換網(wǎng)絡31的輸入和輸出端上。低接收電平時它們的輸入端導納7，7b和高接收電平時的輸入端導納7’，7b’由固定設置的可調(diào)節(jié)電抗元件20分別按照如下方式構成，即通過開關二極管36的作用，當?shù)陀谝粋€預先設定的接收電平時，為增加有源天線的內(nèi)部放大作用，實現(xiàn)電源連接端24的有效輸入導納7的所需的、增大了的有效電導G(f)的頻率相關性，當?shù)陀谝粋€預先設定的接收電平時，為減小有源天線的內(nèi)部放大作用，相應減小的有效電導G’(f)的頻率相關性設置為與電源連接24的有效輸入導納7’相同的頻率相關性。
在圖10中描述的根據(jù)本發(fā)明的有源天線的實施例中，無源天線部件1設有一個連接點18，它的兩個連接端相對于接地點0置高。兩個連接端中的每一個與三極放大器單元2的控制連接端15a和15b相連接。電源連接端24a和24b與一個用作隔離變壓器的變壓器38的初級側相連接，該變壓器的次級側具有不同的輸出端，用于提供不同的變壓比t。因此可調(diào)節(jié)的變換單元34由一個變壓器和開關二極管36構成。三極放大器單元2a和2b的漏極連接端分別與接地點0相連接。
在本發(fā)明的另一個具有優(yōu)點的實施例中，如圖9a所示，三極放大器單元2被設計為一個擴展的三極放大器單元。為提高變換特征曲線的有效斜度，該擴展單元由一個輸入場效應管13構成，該場效應管的源極在一個發(fā)射跟隨器電路中連接到一個對極三極管14，雙極性三極管的發(fā)射極連接端12構成擴展的三極放大器單元2的源極電極。
在本發(fā)明的另一個具有優(yōu)點的實施例中，如圖9b中所示，三極放大器單元2由一個輸入雙極性三極管49和另一個的雙極性三極管50組合為一個發(fā)射跟隨器電路。雙極性三極管50的發(fā)射極連接端12構成了三極放大器單元2的源連接端24。當把輸入雙極性三極管49中的閉合電路電流調(diào)節(jié)到足夠小時，可以在小輸入電容和足夠小的并聯(lián)噪聲電流情況下實現(xiàn)所需的高阻狀態(tài)。在另外的雙極性三極管50中高得多的閉合電路電流將使得整個單元的發(fā)射特征曲線具有足夠大的斜度。
在圖9c中，三極放大器單元2作為一個擴展的三極放大器單元2由一個輸入雙極性三極管49或輸入場效應管13構成，它應管的集電極連接端或漏極連接端分別與一個附加的三極管51的源極連接端或發(fā)射極連接端相連接，它的基極連接端或柵極連接端分別與輸入雙極性三極管49或輸入場效應管13的發(fā)射極連接端或源極連接端相連接。通過這種連接，構成三極放大器單元2的源連接端24。此類形式的擴展三極放大器單元通過電壓補償防止了在控制電極、漏極和集電極之間的與電壓相關的電容所造成的干擾影響。
在圖9d中該三極放大器單元2作為擴展的三極放大器單元，其中設有一個可電子控制的閉合電路電流源IS0或/和一個可電子控制的閉合電路電壓源UD0。這樣當出現(xiàn)高的接收電平時，以及出現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的有源天線內(nèi)部的放大作用下降時，由于過高的接收電平在輸入雙極性三極管49或輸入場效應管13中可以提高閉合電路電流IS0或/和閉合電路電壓UD0。
為形成多個發(fā)射頻率帶，在圖11中給出了多個雙極性三極管14，14’，作為擴展三極放大器單元2，它們的組合形成了多個三極放大器單元2，2’?；鶚O連接在共同的輸入三極管13的源電極上，也按圖9a和9b所示連接在一個擴展的三極放大器單元的源連接端上。雙極性三極管14，14’分別在發(fā)射極跟隨電路中與一個低損耗的濾波電路3，3’的輸入端相連接，以構成一個相應的頻率帶的獨立的發(fā)射路徑。在每個發(fā)射路徑中分別帶有一個可調(diào)節(jié)的變換單元34，34’和一個控制放大器33，33’，通過相應的濾波措施，只有分配給這條發(fā)射路徑的頻率帶才能從高頻接收信號8中引出?？刂菩盘?2，42’分別傳送到所屬的可調(diào)節(jié)發(fā)射單元34，34’。不同的是，圖12中的控制信號42，42’通過選擇措施以及控制放大器33，33’，在接收器44中從有源天線的輸出信號中引出，并且通過控制線41傳遞給有源天線。
在本發(fā)明的一個特別具有優(yōu)點的實施例中，上述有源天線在一個天線系統(tǒng)中被多次使用，它的無源天線部件1帶有有效長度為le的方向圖，該方向圖與頻率有關并且與入射波相比在幅度上或者僅僅在相位上有所不同，其中這些無源天線以電磁輻射的方式相互耦合，而且它們共同構成一個帶有多個連接點18a，b，c的無源天線系統(tǒng)27。根據(jù)本發(fā)明，其中每個連接點連接有一個根據(jù)本發(fā)明的放大電路21，作為本發(fā)明所述的有源天線的補充。由于放大器輸入端為高阻，高頻接收信號8沒有耦合到無源天線部件1，因此對接收電壓的影響是可以忽略不計的。此類天線系統(tǒng)在圖13中給出了基本描述。為了構造一個具有預先給定的接收特性的成組天線系統(tǒng)，考慮到方向性和天線增益，在沒有反饋的情況下，在一個天線組合器22中，在放大電路21的輸入端出現(xiàn)的接收信號8以數(shù)量和相位加權的方式疊加到出現(xiàn)在無源天線部件1處的高頻接收信號上。此時可以具有優(yōu)點的使用一個共用的控制放大器33進行電平監(jiān)控，為降低疊加后的高頻接收信號8，該控制放大器33的控制信號42a，b，c傳送到變換網(wǎng)絡31a，b，c上。在另一種此類成組天線系統(tǒng)的具有優(yōu)點的實施例中，每個有源天線的電平監(jiān)控和衰減通過分別為各自設置的控制放大器33實現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明作為有源車窗天線的天線使用方式中，可實現(xiàn)一種具有優(yōu)點的方式，即將放大電路21安裝在一個很窄的車窗的邊緣區(qū)域內(nèi)，使之不可見。因此可以有目的地實現(xiàn)設置在連接點18上的部件具有小型化結構，并且在放大電路21中僅僅具有必要的功能性部件。其余的低損耗濾波電路3的部件被設置在另一個位置上，并以高頻導線10進行連接。
在本發(fā)明的另一個具有優(yōu)點的實施例中，有源天線作為多范圍天線，可用于多個頻率范圍。因此在圖19a中，對于甚高頻無線電廣播頻率范圍以及甚高頻和超高頻電視廣播，給出了作為示例的電抗X1和X3的頻率曲線以及圖19b中所示的一個低損耗的濾波電路3中的T形濾波系統(tǒng)的電納B2的頻率曲線。此處T形濾波器結構使得低損耗濾波電路3的輸入端確保為高阻狀態(tài)，以保證場效應管2在截止區(qū)內(nèi)具有足夠大的負反饋。低損耗的濾波電路3被設計為T形半濾波器或T形濾波器，或者設計為上述類型濾波器的鏈式電路，上述濾波器系統(tǒng)的串聯(lián)或并聯(lián)支路分別由電抗組合而成，即無論是串聯(lián)支路28中的電抗絕對值還是并聯(lián)支路29中的電納絕對值在一個發(fā)射頻率范圍內(nèi)都足夠小，并且在該范圍之外足夠大，并且高頻接收信號8傳送到控制放大器33的輸出端，并且通過控制放大器33的可調(diào)節(jié)信號42對可調(diào)節(jié)發(fā)射器34進行控制。
為補償偶數(shù)級情況下的非線性效應以及由此在放大電路21中產(chǎn)生的的頻帶間的頻率轉(zhuǎn)化，在本發(fā)明的另一個具有優(yōu)點的實施例中，除了場效應管2之外，還采用了另一個具有同樣電氣特性的場效應管2。這樣，放大電路21的輸入連接端由場效應管的兩個控制連接端15a和15b構成，并且低損耗濾波電路3的輸入端與源連接端19a和19b相連接。在低損耗濾波電路3中一個環(huán)繞對稱(Umsymmetrier)單元用于使得高頻接收信號8實現(xiàn)環(huán)繞對稱。此類電路可具有優(yōu)點地同樣連接到一個帶有兩個接地連接端的連接點18上。
分集天線系統(tǒng)的效率可由所提供的、相互之間在分集的問題上不相關的天線信號的個數(shù)來確定。這種無關性表現(xiàn)在天線工作時形成的瑞雷波場中出現(xiàn)的接收電壓之間的相關系數(shù)。在本發(fā)明的一個特別具有優(yōu)點的改進方案中，多個有源接收天線根據(jù)本發(fā)明應用于一個車載分集天線系統(tǒng)中，其中對無源天線部件1進行如下的選擇，即它們的在瑞雷接收場中空載狀態(tài)下與接收位置18處出現(xiàn)的接收信號E*le在分集上盡可能相互無關。此類系統(tǒng)中，在考慮到這點并考慮到車輛技術的情況下對連接點18進行選擇，例如圖15和圖16中所描述的情況。由于連接點18之間出現(xiàn)電磁輻射耦合，這種無關性只有在空載工作的連接點18才會出現(xiàn)。通過連接點18與根據(jù)本發(fā)明的放大器單元21的布線，由于放大器單元21可后接小的電容性輸入導納，在天線輸出端獲取高頻接收信號8時沒有反饋。連接點18上的接收信號8在分集上的無關性可通過一個具有優(yōu)點的形式中的措施而不受到影響，這種無關性也以同樣的方式出現(xiàn)在天線輸出端的接收信號8上。天線的輸出端具有相互無關的接收信號8可供選擇一個掃描分集系統(tǒng)選擇，或者以供一個其他的已知的分集系統(tǒng)中作進一步處理。
相反的，按現(xiàn)有技術如圖2b所示，連接有一個變換電路的連接點18在電流流過連接點18時將出現(xiàn)天線輸出端信號的相關性。在下文中將針對一個帶有兩個連接點18的無源天線部件1詳細說明這一關系。
設U01和U02是如圖14所示的連接點18上的無源天線系統(tǒng)27在接收場中的空載電壓幅度值，Z11和Z22是在該處測量到的天線阻抗，而另外一個值Z12是一個交互作用阻抗，該阻抗的出現(xiàn)是由于連接點18的耦合，Y1、Y2是放大器的輸出端導納，這些導納加載到連接點18，則連接點18上由于這種加載而出現(xiàn)的電壓幅度值符合下列等式U1U2=1N·1-Z22·Y2Z12·Y2Z12·Y11-Z11·Y1·U10U20----(11)]]>其中N＝1-Z11·Y1-Z22·Y2+Z11·Z22·Y1·Y2-Z122·Y1·Y2電壓幅度值U1和U2之間的相關系數(shù)以及天線輸出端電壓之間的互相關系數(shù)通過電壓U1和U2的時間均值得到ρ=U1·U2‾U‾12‾·U‾22‾----(12)]]>此處假設，在瑞雷接收場中通過時將出現(xiàn)彼此無關的空載接收電壓幅度值U10和U20。此時互相關因數(shù)消失ρ=U1·U2‾U‾12‾·U‾22‾=0----(13)]]>如果對連接點18加載的放大器輸入端導納根據(jù)本發(fā)明小得可以忽略不計，即Y1＝0，Y2＝0，則式(11)中的電壓U1和U2滿足下式U1U2=1N·1001·U10U20----(14)]]>在上述中單位矩陣中以0的形式出現(xiàn)的相互關系由式(13)中給出，即在式(13)中描述了根據(jù)本發(fā)明在放大器電路21中出現(xiàn)的電壓U10和U20的相關性的消失。為此，式(11)中的估計給出了兩個空載電壓通過交互作用參數(shù)Z12*Y2和Z12*Y1分別與各加載電壓之間的關系
U1＝(1-Z22·Y2)·U10+Z12·Y2·U20以及U2＝(1-Z11·Y1)·U20+Z12·Y1·U10(15)很明顯，在連接點18的耦合未消失的情況下，即Z12未消失的情況下，只有當Y1＝Y2＝0時相關系數(shù)才會消失。
另一方面，在上述考慮中說明，當空載電壓U10和U20之間存在相關性情況下，可得出Y1和Y2的確定值，其中通過式15所描述的變換關系將放大器輸入端電壓U1和U2之間的相關性減小或者使之消失。在本發(fā)明的一個具有優(yōu)點的改進結構中，如圖16中描述的情況，無源天線系統(tǒng)27在其連接點18處設有合適的電導值——最好是出于噪聲敏感性的考慮而選擇電納23——使得在連接點18處電壓之間的相關性盡量小，以提高分集效率。根據(jù)本發(fā)明的有源天線因此具有一個決定性的優(yōu)點，即這一合適的電抗分量的設定與對敏感性的考慮無關。因為對于在不同的連接點18上的各發(fā)射阻抗RA(f)不需要準確的平衡，而僅要求如圖18所示位于允許的范圍內(nèi)即可。為降低過高的接收電平，可如圖15中所示，向一個共用的、帶有電子換向開關25的控制放大器33輸入一個選擇好的信號電平，在其中構成一個可調(diào)節(jié)信號42，并且傳送給有源接收天線的放大電路21中的變換網(wǎng)絡31，以降低選擇好的高頻信號8。在另一個實施例中，可如圖16所示，為有源天線的放大電路21分別設置一個獨立的控制放大器33，用于監(jiān)控天線輸出端出的高頻接收信號8。
附圖標記列表帶有接收電平調(diào)節(jié)的有源寬帶接收天線接地點0無源天線部件1三極放大器單元2低損耗濾波電路3輸出端4擴展電路的有效阻抗5輸入端6輸入導納7高頻接收信號8負載電阻9高頻導線10放大器單元11發(fā)射極連接端12輸入場效應管13雙極性三極管14控制連接端15連接點18固定設置的電抗元件20可開關的電抗元件20a放大電路21天線組合器22電納23源連接端24電子換向開關25無源天線系統(tǒng)27串聯(lián)支路28并聯(lián)支路29
可調(diào)節(jié)長度單元30變換網(wǎng)絡31可調(diào)節(jié)電子單元32控制放大器33可調(diào)節(jié)變換單元34電阻35開關二極管36可調(diào)節(jié)電阻37變壓器38可控直流電流源40控制導線41控制信號42接收器44可控直流電壓源45偶極導納46與頻率相關的偶極天線47偶極濾波電路48輸入雙極性三極管49附加的雙極性三極管50附加的三極管51漏極連接端53輸入阻抗Z噪聲數(shù)FV有效電導G有效長度le波長λ波爾茲曼常數(shù)k自由空間波阻抗Z0
測量帶寬B變壓比t輸入端電壓UE輸出端電壓UA柵極-源極電容C2柵極-漏極電容C1噪聲溫度TN0環(huán)境溫度T0
權利要求
1.有源寬帶接收天線，其中當超過一個預先設定的接收電平時，有源天線的內(nèi)部放大作用下降，該天線由一個無源天線部件(1)構成，該部件的輸出連接端與一個放大電路(21)的輸入連接端相連接，其特征在于，放大電路(21)的輸出電路具有一個三極放大器單元(2)，它的高阻控制連接端(15)與無源天線部件(1)的第一個連接點(18)高頻連接，其中進一步當三極放大器單元(2)的源連接端(24)與無源天線部件(1)的第二個連接點(1’)高頻連接時，在高頻接收信號(8)很小的情況下，設計為低損耗變換網(wǎng)絡(31)的輸入導納(7)具有負反饋和線性效應的濾波器特征，且變換網(wǎng)絡(31)在其輸出端(4)加載了一個后續(xù)的電路，并至少具有一個可調(diào)節(jié)的電子單元(32)，用于以可調(diào)節(jié)的方式降低變換網(wǎng)絡(31)的接收電平，即當將高頻接收信號(8)調(diào)節(jié)下降時，使得具有線性效應的變換網(wǎng)絡(31)的輸入端導納(7’)盡可能小。
2.如權利要求1的有源寬帶接收天線，其特征在于，帶有濾波器特征的變換網(wǎng)絡(31)在調(diào)節(jié)電子單元(32)時，為實現(xiàn)小的高頻接收電平而設計為低損耗濾波器電路，其中以作用在它的輸出端(4)上的、后續(xù)電路的有效阻抗(5)對其加載，且低損耗的變換網(wǎng)絡(31)的電抗分量按如下方式選擇，即對變換網(wǎng)絡(31)輸入端的輸入導納(7)的有效電導G(f)的頻率相關性進行如下的設置，使得對于一個預先給定的有源天線的內(nèi)部放大作用，由無源天線部件(1)中的與頻率相關的有效長度le所決定的高頻接收信號(8)中的頻率響應在一個寬的頻帶內(nèi)根據(jù)自由選擇的考慮來確定。
3.如權利要求1至2中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，帶有濾波器特征的變換網(wǎng)絡(31)由一個可調(diào)節(jié)變換單元(34)和一個帶有固定設置的電抗分量的無功率損耗濾波電路(3)所組成的鏈式電路構成，其中以作用在它的輸出端(4)上的、后續(xù)電路的有效阻抗(5)對其加載，且可調(diào)節(jié)的變換單元(34)在低于一個預先設定的接收電平時設計為與頻率無關且無功率損耗地發(fā)射信號，且低損耗濾波電路(3)的電抗分量按如下方式選擇，使得在源連接端(24)處作用的輸入導納(7)的有效電導G(f)的頻率相關性可按如下設置，即對于一個預先給定的有源天線的內(nèi)部放大作用，由無源天線部件(1)中的與頻率相關的有效長度le所決定的高頻接收信號(8)中的頻率響應在一個寬的頻帶內(nèi)根據(jù)自由選擇的考慮來確定。
4.如權利要求1至3中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，帶有濾波器特征的變換網(wǎng)絡(31)被設計為低損耗濾波電路，帶有固定設置的電抗元件(20)，并且至少設有一個可開關的電抗元件(20a)，它可通過一個可調(diào)節(jié)的電子單元(32)按如下方式開啟或關閉，即當?shù)陀谝粋€預先設定的接收電平時，給出一個在源連接(24)端處作用的輸入導納(7)的有效電導G(f)的期望頻率相關性，以提高有源天線的內(nèi)部放大作用，而當高于一個預先設定的接收電平時，給出一個在源連接端(24)處作用的輸入導納(7’)的有效電導G’(f)的期望頻率相關性，以降低有源天線的內(nèi)部放大作用。
5.如權利要求1至4中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，帶有濾波器特征的變換網(wǎng)絡(31)在低于一個預先給定的接收電平時，以及在預先給定變換關系時，為避免非線性效應的影響，在輸入導納(7)中具有一個足夠小的電抗分量B(f)。
6.如權利要求1至5中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，在至少一個可調(diào)節(jié)電子單元(32)的所有設置中，為避免非線性效應的影響，在有效頻帶之外，在具有濾波器特征的變換網(wǎng)絡(31)的截止頻率區(qū)域內(nèi)，連接在源連接端(24)上的有效可負反饋的輸入導納(7，7’)的量足夠小。
7.如權利要求1至6中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，變換網(wǎng)絡(31)由一個被設計為變換塊的可調(diào)節(jié)變換單元(34)和一低無功率損耗濾波電路(3)所組成的鏈式電路構成，且從可調(diào)節(jié)變換單元(34)的輸入電壓(UE)到輸出電壓(UA)的變壓比為(t∶1)，該變壓比通過一個內(nèi)置的可調(diào)節(jié)長度單元(30)在超過一個預先設定的接收電平時設置為足夠小。
8.如權利要求1至7中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，可調(diào)節(jié)長度單元(30)通過一個電子可調(diào)節(jié)的電阻(37)，如一個具有PIN二極管特征的二極管實現(xiàn)。
9.如權利要求5的有源寬帶接收天線，其特征在于，可調(diào)節(jié)長度單元(30)由一個電阻(35)或者多個串聯(lián)的電阻(35)構成，在各串聯(lián)電阻上分別并聯(lián)一個設計為開關二極管(36)的可調(diào)節(jié)電子單元(32)，當把開關二極管設置為截止狀態(tài)時使得相應的電阻滿負荷工作，當把開關二極管設置為導通狀態(tài)時將電阻橋接，由此通過相應控制開關二極管(36)可遂級降低接收電平。
10.如權利要求7的有源寬帶接收天線，其特征在于，為了與頻率相關地降低高頻接收電平(8)，可調(diào)節(jié)的長度單元(30)被設計為一個與頻率相關的偶極天線(47)，具有與低損耗濾波電路(3)的結構的偶極輸入端導納(46)，但這個輸入端導納基本上比無功率損耗的濾波電路(3)的輸入端導納降低了一個與頻率無關的因子(t-1)，該濾波電路帶有一個和與頻率相關的偶極天線(47)并聯(lián)的開關二極管(36)，當把開關二極管設置為截止狀態(tài)時使得偶極導納(46)工作，當把二極管設置為導通狀態(tài)時將偶極導納(46)橋接，這樣當開關二極管(36)被截止時，使得高頻接收信號(8)基本上降低一個與頻率無關的因數(shù)(t)。
11.如權利要求10的有源寬帶接收天線，其特征在于，與頻率相關的偶極天線(47)由一個偶極濾波電路(48)的輸入導納構成，它根據(jù)至少基本上是電抗元件的低功率損失濾波電路(3)的結構來設計，且其中的低功單元與無功率損失濾波電路(3)的相應的電抗分量相比，其歐姆值選擇得高一個與頻率無關的因數(shù)(t-1)，并且偶極濾波電路(48)所連接的阻抗比后續(xù)電路的實際阻抗(5)相比升高一個相同因數(shù)。
12.如權利要求1至6中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，在一個可調(diào)節(jié)變換單元(34)中設有一個變壓器(38)，該變壓器具有可遂級使用的變壓比(t)，在可調(diào)節(jié)的電子單元(32)處設有一個開關二極管(36)，對該開關二極管進行如下的控制，即在高的接收電平時將變壓比(t)升高，因此也將可調(diào)節(jié)變換單元(34)的輸入電壓UE和可輸出電壓UA之間的比率升高。
13.如權利要求1，2，4至6中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，在帶有濾波器特征的變換網(wǎng)絡(31)中設有多個低損耗濾波電路(3)，它們通過開關二極管(36)交替連接在變換網(wǎng)絡(31)的輸入端和輸出端之間，其輸入導納(7，7’)帶有固定設置的電抗元件(20)，并具有如下結構，即通過采用開關二極管(36)，在低于一個預先給定的接收電平時，為提高有源天線的內(nèi)部放大作用，給出一個源連接端(24)上的有效輸入導納(7)的有效電導值G(f)的所需的頻率相關性，在高于一個預先給定的接收電平時，為降低有源天線的內(nèi)部放大作用，給出一個源連接端(24’)上的有效輸入導納(7’)的電導值G’(f)的所需的頻率相關性。
14.如權利要求1至13中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，三極放大器單元(2)被設計為場效應管，它的高阻控制連接端(15)由柵板構成，它的源連接端(24)由源極構成，它的漏極連接(53)由漏極構成。
15.應用于30MHz以上的、如權利要求14的有源寬帶接收天線，其特征在于，場效應管(2)具有并聯(lián)噪聲電流源ir、極小的柵極-漏極電容C1和極小的柵極-源極電容C2，以及小到可忽略不計的1/f噪聲，并且它的最小噪聲溫度TN0在噪聲匹配時比環(huán)境溫度T0低得多。
16.如權利要求1至13中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，三極放大器單元(2)被設計為擴展三極放大器單元，由一個輸入場效應管(13)構成，該輸入場效應管(13)的源極在射極跟隨電路中控制一個雙極性三極管(14)，它的發(fā)射極連接端(12)構成擴展場效應管(2)源極電極。
17.如權利要求1至13中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，三極放大器單元(2)具有擴展三極放大器單元，由一個輸入雙極性三極管(49)構成，該雙極性三極管的發(fā)射極在射極跟隨電路中控制另一個雙極性三極管(50)，它的發(fā)射極連接端(12)構成了三極放大器單元(2)的源連接端(24)，并且輸入雙極性三極管(49)中的閉合電路電流比雙極性三極管(50)中的設置得要小。
18.如權利要求1至13中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，三極放大器單元(2)具有擴展三極放大器單元，由一個輸入雙極性三極管(49)或輸入場效應管(13)構成，它的集電極連接端或漏極連接端分別與一個附加的三極管(51)的源極或發(fā)射極連接端相連，而附加三極管的基極或柵極連接端與輸入雙極性三極管(49)或輸入場效應管(13)的發(fā)射極或源極連接端相連接，并通過該連接端構成三極放大器單元(2)的源連接端(24)。
19.如權利要求1至13中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，三極放大器單元(2)被設計為擴展三極放大器單元，其中設有一個可電子控制的閉合電路電流源(IS0)和/或一個可電子控制的閉合電路電壓源(UD0)，通過這種設置并根據(jù)本發(fā)明在過高的接收電平情況下，隨著有源天線的內(nèi)部放大作用的下降，而將輸入雙極性三極管(49)或輸入場效應管(13)中的閉合電路電流(IS0)和/或閉合電路電壓(UD0)升高。
20.如權利要求1至13中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，無源天線部件(1)設置有一個連接點(18)，它的兩個連接端相對于接地點(0)置為高，其中每個連接端與一個三極放大器單元(2)的控制連接端(15，16)相連接，它的源連接端(24a，b)與一個設計為隔離變壓器的變壓器(38)的初級側相連接，它的次級側具有可提供不同變壓比(t)的輸出端，并由此與開關二極管(36)共同構成可調(diào)節(jié)變換單元(34)，并且漏極連接端(53)與接地點(0)相連接。
21.如權利要求1至13中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，為了構成多個發(fā)射頻帶，設置有多個雙極性三極管(14，14’)，以擴展三極放大器單元(2)并將其結合以形成多個三極放大器單元(2，2’)，三極放大器單元的基極與共用的輸入三極管(13，49)的源極或一個根據(jù)權利要求16，17，18，19的擴展三極放大器單元的源連接端相連，每個雙極性三極管分別在射極跟隨電路中與一個低損耗的濾波電路(3，3’)的輸入端相連，以構成一個針對相應頻率帶的獨立的發(fā)射路徑，并且在每一個發(fā)射路徑中設有一個可調(diào)節(jié)的變換單元(34，34’)和一個控制放大器(33，33’)，其中通過濾波措施，只有分配給這條發(fā)射路徑的頻帶從高頻接收信號(8)中引出并送入控制放大器，并且可調(diào)節(jié)信號(42，42’)分別輸入到所屬的可調(diào)節(jié)變換單元(34，34’)中。
22.如權利要求1至21中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，可調(diào)節(jié)信號(42，42’)通過選擇裝置和接收器(44)中的控制放大器(33，33’)從有源天線的輸出信號中引出，并通過控制線(41)輸入給有源天線。
23.如權利要求1至22中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，多個無源天線部件(1)具有有效長度為Ie的方向圖，這個方向圖是與頻率相關的，并且在幅值和相位上與入射波不同，但是它們之間具有電磁輻射耦合，并且共同構成一個無源天線系統(tǒng)(27)，該天線系統(tǒng)具有多個連接點(18a，b，c)，每個連接點與一個放大電路(21a，b，c)相連接，作為對根據(jù)本按發(fā)明的有源天線的補充，以此通過放大電路(21a，b，c)在無源天線部件(1)上的連接實現(xiàn)了接收電壓之間沒有明顯的相互影響，而且在天線組合器(22)中的高頻接收信號以加權的方式相互疊加在一起，并且在有源天線系統(tǒng)中分別設有一個控制放大器(33)，用于監(jiān)控天線輸出端上的高頻接收信號(8)。
24.如權利要求1至22中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，多個無源天線部件(1)具有有效長度為Ie的方向圖，這個方向圖是與頻率相關的，并且在幅度值和頻率上與入射波，但是它們之間具有電磁輻射耦合，并且共同構成一個無源天線系統(tǒng)(27)，該天線系統(tǒng)具有多個連接點(18a，b，c)，每個連接點與一個放大電路(21a，b，c)相連接，作為對根據(jù)本發(fā)明的有源天線的補充，以此通過放大電路(21a，b，c)在無源天線(1)部件上的連接實現(xiàn)了接收電壓之間沒有明顯的相互影響，而且在天線組合器(22)中的高頻接收信號以加權的方式相互疊加在一起并設置了一個共用的控制放大器(33)，它的可調(diào)節(jié)信號(42a，b，c)輸入到有源天線內(nèi)的變換網(wǎng)絡(31 a，b，c)中用于降低疊加后的高頻接收信號(8)。
25.如權利要求24的有源寬帶接收天線，其特征在于，有源接收天線用于車載天線分集系統(tǒng)中，并且無源天線部件(1)進行如下的選擇，使它在瑞雷接收場中出現(xiàn)的接收信號盡可能相互之間在分集上是無關的，并且提供了如下的高頻接收信號(8)，即不會影響接收信號在分集上的頻率無關性。以及在掃描分集系中進行的選擇，或者另一個已知的分集過程的進一步處理。
26.如權利要求25的有源寬帶接收天線，其特征在于，有源接收天線用于一個車載天線分集系統(tǒng)中，并且無源天線部件(1)進行如下的選擇，使它在瑞雷接收場中出現(xiàn)的接收信號盡可能相互之間在分集上是無關的，并且提供了如下的沒有反饋的高頻接收信號(8)，即不會影響接收信號在分集上的頻率無關性，以及在掃描分集系中的進行選擇，或者另一個已知的分集過程的進一步處理，并將選中信號的電平輸入到一個共用的控制放大器(33)中，在該控制放大器中構成一個可調(diào)節(jié)信號(42)，并將其輸入到有源接收天線的變換網(wǎng)絡(31)中，以降低選中的高頻接收信號(8)。
27.如權利要求25的有源寬帶接收天線，其特征在于，在有源接收天線(21)中分別具有一個控制放大器(33)，用于監(jiān)控天線輸出端的高頻接收信號(8)。
28.如權利要求25或26的有源寬帶接收天線，其特征在于，為改進無源天線部件(1)的接收信號的分集無關性，將無源天線部件的連接點(18)加載一個特別為此確定的無功電納(23)，并聯(lián)至與放大電路(21)的輸入端。
29.如權利要求1至28中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，在設置變換網(wǎng)絡(31)時，對于小的高頻接收信號(8)，在低損耗濾波電路(3)的輸出端(4)的有效電導(5)由一個連接在其末端的、以負載電阻(9)加載的高頻導線(10)的輸入電阻構成，且負載電阻(9)由一個后續(xù)的噪聲數(shù)為FV的放大器單元(11)的輸入阻抗構成，且選擇有效導納(7)的實部G使之足夠大，以保證放大器單元(11)的噪聲分量小于場效應管(2)的噪聲分量。
30.如權利要求1至29中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，為了實現(xiàn)寬帶范圍內(nèi)有利的變換關系，濾波電路(3)中的變壓器(24)具有合適的變壓比ü。
31.如權利要求1至19的任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，利用信號支路，為了對應于不同的發(fā)射頻率帶的高頻接收信號(8)的選頻非耦合，在低損耗濾波電路(3)的多個輸出端上設有選頻發(fā)射支路。
32.如權利要求1至31中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，無源天線系統(tǒng)(27)作為導體結構設置在一嵌入導電車身的凹入處的塑料支架上，或者設置在車輛的車窗玻璃上，例如設置在一個或多個加熱區(qū)域或/和與加熱系統(tǒng)分離的導體結構上，并且在該導體結構上設有多個連接點(18)，用于形成與放大電路(21)相連接的無源天線部件(1)。
33.如權利要求1至31中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，無源天線系統(tǒng)(27)作為用于抑制紅外線頻率范圍中的輻射發(fā)射而具有足夠低的表面電阻的集成導電表面設置在車輛的窗玻璃上，為了使接收信號去耦，在沒有與導電車身相連接的導電表面邊緣設有位置合適的連接點(18)，為了形成定向天線，它們的高頻接收信號(8)通過高頻導線(10)輸送給一個天線組合器(22)，或者為了形成掃描分集天線，輸送給一個電子換向開關(25)，或者為了形成按任意的其他方式工作的分集天線系統(tǒng)而輸送。
34.如權利要求1至31中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，無源天線系統(tǒng)由一個原本并不是用作天線的車輛部件構成，它在結構上只有很小的變化，并且在這一單元上設有一個連接點(18)，用于形成無源天線部件(1)，為確定入射波在有效頻率范圍內(nèi)的極化方向和仰角，設置一個方位系數(shù)的特定方位角平均值Dm，并且在發(fā)射頻率范圍內(nèi)將無源天線部件(1)的阻抗ZA的實部RA設置在最小值RAmin和最大值之RAmax間。
35.如權利要求1至34中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，設有一個模型數(shù)字計算機，一方面以計算或者測量的方式確定無源天線部件(1)的阻抗ZA，另一方面將以計算或者測量的方式得到的方位系數(shù)的方位角平均值Dm存儲到數(shù)字計算機中，并且對于不同可能的天線阻抗特征曲線，將合適的低損耗濾波電路(3)的基本結構存儲到數(shù)字計算機中，通過已知的計算方式在給定的有源天線的平均增益情況下來確定低損耗濾波電路(3)的電抗分量。
36.如權利要求1至35中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，無功率損耗濾波電路(3)被設計為一個T形半濾波器或者T形濾波器，或者上述類型濾波器組成的鏈式電路，上述濾波器的串聯(lián)或者并聯(lián)支路分別由無功電阻按如下方式組合而成，即使得不僅在串聯(lián)支路(28)中，而且在并聯(lián)支路(29)中，無功電阻的絕對值在發(fā)射頻率范圍內(nèi)足夠小而在發(fā)射頻率范圍之外足夠大，并且高頻接收信號(8)輸入到控制放大器(33)的輸出端上，而控制放大器(33)的可調(diào)節(jié)信號(42)控制可調(diào)節(jié)變換單元(34)。
37.如權利要求1至36中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，為了達到最小化結構的有源天線的前端在空間上分離的目的，無功率損耗濾波電路(3)具有一個高頻導線(10)，作為與頻率相關地變換有效導納(7)的單元。
38.用于車載甚高頻無線電接收的、如權利要求1至32中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，無源天線部件(1)由一個壓在絕緣體支架上，例如壓在車窗玻璃或者塑料支架上的導體構成，低損耗濾波電路(3)被設計為帶通濾波器，其通帶為甚高頻頻率范圍，而在甚高頻頻率范圍之外具有高阻的輸入阻抗。
39.如權利要求1至38中任一項的有源寬帶接收天線，其特征在于，為在寬帶范圍內(nèi)提高無源天線部件(1)的有效長度le，在連接點(18)和放大電路(21)的輸入端之間設置了一個帶有足夠高阻的初級電感和適當選擇的變壓比的變壓器(24)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有源寬帶接收天線，其中當超過一個預先設定的接收電平時，該有源天線的內(nèi)部放大作用下降，并且該有源天線由一個帶有多個輸出連接端的無源天線構成，它與一個放大電路的輸入端相連接。其中放大電路的輸入電路中具有一個三極放大器單元，該單元的高阻控制連接端與一個無源天線的第一連接點進行高頻連接，另外在三極放大器單元的電源連接和無源天線的第二連接之間的高頻連接中，一個在高頻接收信號很小時具有低損耗的濾波器特征的變換網(wǎng)絡的輸入導納負反饋并且線性的有效，且變換網(wǎng)絡在其輸出端以一個后續(xù)的電路進行加載，并至少具有一個可調(diào)節(jié)的電子單元，用于以可調(diào)節(jié)的方式降低變換網(wǎng)絡的接收電平，即當將高頻接收信號調(diào)節(jié)下降時，使得線性作用的變換網(wǎng)絡的輸入端導納盡可能小。
文檔編號H01Q23/00GK1505206SQ0315949
公開日2004年6月16日 申請日期2003年9月27日 優(yōu)先權日2002年10月1日
發(fā)明者海恩茲·林登玫爾, 海恩茲 林登玫爾 申請人:福霸自動化兩合公司