CN106410403A - 定向天线模块 - Google Patents

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Abstract

定向天线模块(1)包括至少两个定向天线(2‑1，2‑2)，所述定向天线(2‑1，2‑2)容纳在所述定向天线模块(1)的壳体(12)中，用于相邻的频率范围，其中所述定向天线(2‑1，2‑2)连接至无源频率复用单元(5)，所述无源频率复用单元(5)将从不同频率范围的定向天线接收到的天线信号复用至宽带信号中。

Description

定向天线模块
技术领域
本发明涉及为接收器或连接至其的光谱分析器提供宽带信号的定向天线模块。
背景技术
定向天线作为接收天线，其是一种在特定方向上具有最大灵敏度的天线。作为接收天线，定向天线具有非各向同性或各向异性的方向特性，换句话说它们具有方向效应。该方向效应数量上可通过方向因子来描述。天线的方向特性可在天线图或方向图中更加精确地说明。类似于传声器，天线具有不同的天线特性，例如，全向、心形方向或双向特性，以及波瓣特性或类心形方向特性。在方向图或天线图中，天线的方向特性优选地水平地和垂直地示出在极坐标中，并且相对于最大信号增益指示出取决角度的天线增益。定向天线具有高度各向异性的方向特性，其具有高方向因子，并且在最大光束角的一半处具有窄的全宽以及高的前后比FBR。
定向天线可用于各种频带。定向天线的结构和耐久性取决于所使用的波长范围，因为定向天线的方向特性依赖于定向天线与所接收信号的波长相关的几何形状。
特别地定向天线形成为便携式设备，优选为便携式定线天线模块，其可接合至接收器。定向天线由用户人工引导以便对准或定位信号源，尤其是相关频率范围内的干涉信号源。在常规设备中，覆盖不同频率范围的各种定向天线模块被安装在例如坚固的手柄上。通过更换各种定向天线模块，可以实现定位不同频率范围内的信号源。例如，在常规的Rohde&Schwarz HE300定向天线接收器中，总共具有四个可更换的定向天线模块，每一个模块具有一个定向天线，其共同覆盖9kHz至7.5GHz的频率范围。然而，在频率20MHz、200MHz和500MHz需要更换定向天线模块的模块。因为更换定向天线模块来覆盖宽的频率范围对于用户来说相对费力，因此建议将两个定向天线一起容纳在壳体内并在这些定向天线之间切换。图1是定向天线模块RA-MOD的简化方块图，其中两个定向天线RA设置在壳体内。在常规的定向天线模块RA-MOD中，图1中所示的两个定向天线RA1、RA2连接至能够由用户致动的开关S。在常规的定向天线模块RA-MOD中，用户可通过致动开关S在两个定向天线RA1、RA2之间切换以便改变接收的频率范围。例如，在从Alaris天线Antennas获得的便携式定向天线模块DF-A0047中，用户必须在500MHz的频率处人工切换至另一个定向天线，以便获得足够的信号增益用于接收信号的天线。
在上述的定向天线模块中会发生操作错误。在可更换的定向天线模块中，可能会连接至用于频率范围的错误定向天线。
图1所示的常规定向天线模块RA-MOD对于用户来说，特别是在弱接收信号的情况下，必须从两个邻近频率范围之间最新的特定临界频率开始人工切换至其它定向天线，例如在大约500MHz处的窄的重叠范围内。包括。因此，测量期间一种可能的错误是用户没有在测量过程期间访问该信息，或者甚至没有意识到必须在特定的临界频率在不同的定向天线之间进行切换。如果用户忽视了切换至其它定向天线，则因此会发生，特别是对于相对弱的接收信号，使用定向天线模块的测量导致极度弱的接收信号并且测量或定位因此失败。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种定向天线模块，其克服上述缺点并且可以在跨越多个频率范围的总体频率范围上进行可靠地测量。
该目的根据本发明通过具有权利要求1列出的特征的定向天线模块得以实现。
因此，本发明提供一种定向天线模块，包括至少两个定向天线，该定向天线容纳在定向天线模块的壳体中，用于相邻的频率范围，定向天线模块连接至无源频率复用单元，无源频率复用单元将从不同频率范围的定向天线接收到的天线信号复用至宽带信号。
因此，在根据本发明的定向天线模块中，用户不再需要特意在不同的定向天线之间人工切换或重连。例如，这具有优点，即用户不再必须从数据表中获得不同频率范围之间的临界频率。使用根据本发明的定向天线模块，因此可以实现连续地接收不同的频带，而无需任何人工切换。
根据本发明的定向天线模块优选地构造为完全无源，并且特别是不具有电子切换逻辑电路等。因此，根据本发明的定向天线模块具有优点，即它特别地抗环境的影响。根据本发明的定向天线模块相比于常规定向模块的进一步优点是，不必使用不同的定向天线模块来替代定向天线模块以便覆盖例如10MHz至10GHz非常宽的频率范围。
在根据本发明的定向天线模块的可能实施例中，定向天线模块具有持续在不同(various)频率范围上的大致心形方向特性。
在根据本发明的定向天线模块的可能实施例中，无源频率复用单元具有用于由定向天线接收的天线信号的输入门以及用于发射宽带信号的输出门。
在根据本发明的定向天线模块的可能实施例中，用于评估宽带信号的信号接收器或光谱分析器直接可连接至无源频率复用单元的输出门。在可能实施例中，定向天线模块可被附接至手柄并与接收器互连。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，用于接收VHF信号的第一定向天线和用于接收UHF信号的第二定向天线包括在定向天线模块中，位于定向天线模块的壳体中。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，第一定向天线包括环形天线。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，第一定向天线包括偶极天线阵列。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，第二定向天线是对数周期(logarithmic-periodic)天线。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，第一定向天线连接至无源频率复用单元的第一输入门，并且第二定向天线连接至无源频率复用单元的第二输入门。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，无源频率复用单元是同向双工器，其传输频率对应于相邻频率范围的临界频率。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，无源频率复用单元包括低通滤波器和高通滤波器。
在此情况中，低通滤波器被设置用于低通过滤经由第一输入门从第一定向天线接收的天线信号，而高通滤波器被设置用于高通过滤经由第二输入门从第二定向天线接收的天线信号。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，在无源频率复用单元的第一输入门与低通滤波器之间提供用于连接第一定向天线的变换器。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，无源频率复用单元包括补偿单元，其用于补偿无源频率复用单元输入门的两个定向天线的天线信号之间的渡越时间差。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，形成定向天线模块的第一定向天线的环形天线与给予环形天线其方向特性的电阻器互连。
在根据本发明的定向天线模块的进一步可能实施例中，第一定向天线和第二定向天线设置在共用的便携式塑料材料壳体中。
附图说明
在下文中，参照附图更加详细地描述定向天线模块的可能实施例。
图1示出了传统的定向天线模块，其包括可切换定向天线；
图2是根据本发明的定向天线模块的可能实施例的方块图；
图3示出了根据本发明的定向天线模块的可能实施例；
图4是可用于根据本发明的定向天线模块中的无源频率复用单元的可能实施例的方块图；
图5是表示根据本发明的定向天线模块相比于常规定向天线模块的信号增益的信号图。
具体实施方式
如从图2所看到的，在所示实施例中，根据本发明的定向天线模块1包括两个定向天线2-1、2-2，容纳在定向天线模块1的壳体中，用于相邻的频率范围。两个定向天线2-1、2-2通过天线信号线3-1、3-2连接至无源频率复用单元5的输入门4-1、4-2，无源频率复用单元5将从两个定向天线2-1、2-2接收的各种频率范围内的天线信号复用至宽带信号中，并将它们通过输出门6和定向天线模块端子7发射至信号测定评估单元8。信号测定评估单元8可以是信号接收器或例如光谱分析器。信号测定评估单元8连接至定向天线模块1。在可能实施例中，定向天线模块1附接至连接到信号测定评估单元8的手柄(handle)。两个定向天线2-1、2-2优选地提供在或集成在共用的便携式塑料材料壳体中。在所示示例中，提供两个定向天线2-1、2-2用于相邻的频率范围。在可能实施例中，第一定向天线2-1用于接收VHF信号并且第二定向天线2-2用于接收UHF信号。在可能实施例中，第一定向天线2-1为环状环形天线。可替代地，还可将偶极天线阵列提供为第一定向天线2-1。在可能实施例中，第二定向天线2-2为对数周期天线。
在可能实施例中，无源频率复用单元5可由同向双工器形成，其传输频率对应于相邻频率范围的边界频率。在可能实施例中，无源频率复用单元5包括用于低通过滤经由第一输入门4-1从第一定向天线2-1接收的天线信号的低通滤波器以及用于高通过滤经由第二输入门4-2从第二定向天线2-2接收的天线信号的高通滤波器。
图3示出了根据图2所示的本发明的定向天线模块1的实施例。在所示实施例中，第一定向天线2-1由环形天线形成。该环形天线2-1与给予环形天线方向特性的电阻器9互连。因为与电阻器9互连，环形天线成为具有方向特性的负载环形天线。在图3所示的坐标系中，瞄准线方向在x-方向上延伸，环状环形天线2-1优选地在壳体内部横向于瞄准线方向x尽可能长地延伸，换句话说在y-方向上。环状环形天线2-1尽可能延长用于由环状环形天线封闭的给定区域，以便实现定向天线模块1的最大紧凑性。环状环形天线2-1的厚度进一步优选地根据阻抗优化。在可能实施例中，负载环状环形天线2-1以这样的方式构造，即其适于接收VHF信号(非常高频率的信号)，例如在20MHz至500MHz的范围内。
在图3所示的实施例中，定向天线模块1的无源频率复用单元5由同向双工器形成。同向双工器5为具有三个门的无源组件。同向双工器5能够组合高频波并将它们通过其输出门6发射。如图3所示，用于相邻频率范围的第二定向天线2-2通过内部线缆10连接至同向双工器5的另一个输入门4-2。在所示实施例中，第二定向天线2-2为对数周期天线，其用于接收UHF(超高频率)信号，例如在500MHz至接近10GHz的频率范围内。
在图3所示的实施例中，针对VHF频率范围所提供的环形天线2-1和针对UHF频率范围所提供的对数周期天线2-2连接至同向双工器5，该同向双工器5将从两个定向天线2-1、2-2接收的信号复用至宽带信号中，该宽带信号通过内部电缆线，特别是同轴电缆11，经由同向双工器5的输出门6传送至定向天线模块1的输出端子7。同向双工5的传输频率优选地对应于相邻频率范围的边界频率。例如，该边界频率介于由环形天线2-1覆盖的VHF频率范围与由对数周期天线2-2覆盖的UHF频率范围之间，位于500MHz。同向双工器5的传输频率，换句话说是低通信号路径开始阻塞且高通信号路径开始导通时的频率，优选地适于单个定向天线的窄重叠区域。单个滤波器的梯度或高通滤波器和深通滤波器的梯度在该频率范围内优选为特别高。当使用同向双工器5时，不同输入信号路径之间的阻塞作用特别强。因此，不同的单个定向天线大量地从频带解耦，这样防止了由于周期性地循环效应导致的破坏性重叠，特别是在环形天线中。在根据本发明的定向天线模块1中，两个定向天线2-1、2-2同时在瞄准线方向上具有明显模式的重叠频率范围是小的，以便防止在同向双工器5累加期间发生破坏性重叠。此外，根据本发明的定向天线模块1优选地以这样的方式构造，即同样还防止了在瞄准线方向上具有间隙的小于零的重叠范围。在可能实施例中，两个定向天线2-1、2-2之间的距离以这样的方式得以优化，即主要避免了对数周期天线2-2对环形天线2-1的影响并且因此不会发生模式消除。同向双工器5进一步以这样的方式构造，即它连续地适用于其求和输出或输出门6。这优选考虑了单个定向天线2-1、2-2的阻抗。如图3所示，两个定向天线2-1、2-2优选地容纳在共用的壳体12中，其优选地由塑料材料构成。
根据本发明的定向天线模块1优选地以这样的方式构造为无源的，即它也对外部影响特别地不敏感。根据本发明的定向天线模块1优选地以这样的方式构造，即其重量极小并且定向天线模块1可以被用户容易携带并转动。
图4是示出了可用于根据本发明的定向天线模块1中的无源频率复用单元5的实施例的方块图。无源频率复用单元5具有用于连接负载环形天线2-1的第一输入门4-1A、4-1B和用于连接例如对数周期天线的其它定向天线2-2的第二输入门4-2。在所示示例中，无源频率复用单元5包括用于连接第一定向天线或环形天线2-1的变换器13。在所示实施例中，无源频率复用单元5进一步包括补偿单元14，该补偿单元14用于补偿输入门的两个定向天线2-1、2-2的天线信号之间的渡越时间差。在图4所示的实施例中，补偿单元14提供在无源频率复用单元5的变换器13与低通滤波器15之间。无源频率复用单元5进一步包括高通滤波器16，其高通过滤经由第二输入门4-2从第二定向天线2-2接收的天线信号。深通滤波器15对从第一定向天线或环形天线2-1通过第一输入门4-1A、4-1B接收到的选择性地时间延迟天线信号执行深通过滤。两个滤波器单元15、16在输出侧连接，例如通过微带线形式的高频线，至无源频率复用单元5的输出门6。由于输出单元14，两个定向天线2-1、2-2的两个天线输出之间的渡越时间差得以补偿。这些渡越时间差表示频率范围内的相位移动。补偿单元14由此确保了信号的破坏性重叠不会在频率重叠范围内发生。
图5是表示根据本发明的定向天线模块1相比于常规定向天线模块的天线信号增益的信号图。线I示出了根据本发明的定向天线模块1在VHF和UHF频率范围上延伸的整个总体频率范围上的连续信号增益，而线IIa和IIb表示如图1所示的可切换定向天线模块中的信号增益。图5进一步表示可更换的常规可切换的定向天线模块，用于特定的频率范围，如线IIIa和IIIb。如从图5所看到的，根据本发明的定向天线模块1具有优点，即它在非常宽的频率范围上传递连续的信号增益，而无需用户必须在不同的频率范围之间切换。特别是在边界频率，例如500MHz，信号增益在不切换的情况下是连续的，并且等级上对应于用于不同特定频率子范围的常规可更换定向天线。如从线IIa、IIb所看到的，如图1所示的常规可切换定向天线模块中的信号增益是非连续的，并且在发生切换的边界频率处具有跳跃。如果例如在常规的定向天线模块中频率增加到例如500MHz的边界频率，则信号增益以这样的方式强烈回落，即信号增益不再足以测量特别是弱的接收信号的情况。根据本发明的定向天线模块1因此具有相当于或者甚至高于常规可更换定向天线的信号增益。根据本发明的定向天线模块1的所测信号增益级数允许远远超过UHF频率范围的更高的边界频率，可以实现高达8GHz。此外，根据本发明的定向天线模块1具有良好的方向特性，其大致为心形。心形特性可用于从最低到最高频率的整个频率范围。

Claims (14)

1.一种定向天线模块(1)，包括：包含
至少两个定向天线(2-1，2-2)，所述定向天线(2-1，2-2)容纳在所述定向天线模块(1)的壳体(12)中，用于相邻的频率范围，
其中，将所述定向天线(2-1，2-2)被连接至无源频率复用单元(5)，所述无源频率复用单元(5)将从不同频率范围的定向天线(2-1，2-2)接收到的天线信号复用至宽带信号中。
2.根据权利要求1所述的定向天线模块，
其中，定向天线模块(1)具有持续连续在不同频率范围上的大致心形方向的特性。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的定向天线模块，
其中，所述无源频率复用单元(5)具有用于由所述定向天线(2-1，2-2)接收的天线信号的输入门(4-1，4-2)，以及
用于发射宽带信号的输出门(6)。
4.根据权利要求3所述的定向天线模块，
其中，用于评估宽带信号的信号接收器或光谱分析器直接可连接至所述无源频率复用单元(5)的输出门(6)。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的定向天线模块，
其中，用于接收VHF信号的第一定向天线(2-1)和用于接收UHF信号的第二定向天线(2-2)被容纳在所述定向天线模块(1)的壳体(12)中。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的定向天线模块，
其中，第一定向天线(2-1)包括环形天线和/或偶极天线阵列。
7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的定向天线模块，
其中，第二定向天线(2-2)是对数周期天线。
8.根据前述权利要求3至7中任一项所述的定向天线模块，
其中，第一定向天线(2-1)连接至所述无源频率复用单元(5)的第一输入门(4-1)，并且
第二定向天线(2-2)连接至所述无源频率复用单元(5)的第二输入门(4-2)。
9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的定向天线模块，
其中，所述无源频率复用单元(5)是同向双工器，其传输频率对应于相邻频率范围的边界频率。
10.根据权利要求8或权利要求9的所述定向天线模块，
其中，所述无源频率复用单元(5)包括：
用于低通过滤经由第一输入门(4-1)从第一定向天线(2-1)所接收的天线信号的低通滤波器以及
用于高通过滤经由第二输入门(4-2)从第二定向天线(2-2)所接收的天线信号的高通滤波器。
11.根据权利要求10所述的定向天线模块，
其中，在所述无源频率复用单元(5)的第一输入门(4-1)与低通滤波器(15)之间设置用于连接第一定向天线(2-1)的变换器(13)。
12.根据前述权利要求1至11中任一项所述的定向天线模块，
其中，所述无源频率复用单元(5)包括补偿单元(14)，所述补偿单元(14)用于补偿所述无源频率复用单元(5)的输入门(4-1，4-2)的两个定向天线(2-1，2-2)的天线信号之间的渡越时间差。
13.根据前述权利要求6至12中任一项所述的定向天线模块，
其中，在形成所述定向天线模块(1)的第一定向天线(2-1)的环形天线中，电阻器被互连，所述电阻器给予环形天线方向特性。
14.根据前述权利要求1至13中任一项所述的定向天线模块，
其中，第一定向天线(2-1)和第二定向天线(2-2)设置在共用的便携式塑料材料壳体(12)中。
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