CN1505206A - 带有接收电平调节的有源宽带接收天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有源宽带接收天线，其中当超过一个预先设定的接收电平时，该有源天线的内部放大作用下降，并且该有源天线由一个带有多个输出连接端的无源天线构成，它与一个放大电路的输入端相连接。其中放大电路的输入电路中具有一个三极放大器单元，该单元的高阻控制连接端与一个无源天线的第一连接点进行高频连接，另外在三极放大器单元的电源连接和无源天线的第二连接之间的高频连接中，一个在高频接收信号很小时具有低损耗的滤波器特征的变换网络的输入导纳负反馈并且线性的有效，且变换网络在其输出端以一个后续的电路进行加载，并至少具有一个可调节的电子单元，用于以可调节的方式降低变换网络的接收电平，即当将高频接收信号调节下降时，使得线性作用的变换网络的输入端导纳尽可能小。

Description

带有接收电平调节的有源宽带接收天线

本发明涉及一种有源宽带接收天线，该天线由一个与频率相关的有效长度为l_e的无源天线部件1组成，它的输出连接端与一个放大电路21的输入连接端进行高频连接。电气长天线，或者与大电子体直接耦合的天线，在通过一个在频率上保持固定不变的电场强度激发时而具有与频率相关的空载电压，它用有效长度le(f)来表示。特别是在30MHz以上的高频范围内，在地面环境情况下来自低频的天线噪声温度将下降，即对于双极性三极管，无源天线一侧在三极管的最优阻抗Z_opt附近需要为噪声匹配提供一个电源阻抗，以保证不会出现由于三极管噪声而造成的灵敏度损失。此类有源天线的基本形式在图2b中给出，并在DT-AS 23 10 616，DT-AS 15 91 300以及AS1919749中公开。对于不选择信道、而是在一个频带内，例如甚高频无线电频率范围内调谐的有源宽带接收天线，必须将短天线的阻抗Z_s(f)变换到最优阻抗Z_opt附近Z_A(f)(参见DT-AS 23 10 616的甚高频范围)，或者短天线自身具有如下的形式，使得天线的阻抗Z_s(f)位于最优阻抗Z_opt附近(参见AS 1919479的甚高频范围和天线)。无论对于大的电子天线还是对于小的电子天线，将导致三极管输入端空载电压与频率相关。这种空载电压表现为无源天线的有效长度l_e的高度频率相关性。为此，与电压分配系数(优化阻抗Z_opt和与后者有偏差的三极管的输入电阻之间的电压分配系数)的频率相关性有关，必须保证由此产生的接收信号的频率响应处于负载阻抗Z_L，通过一个匹配电路在有源电路的输出端进行平滑。这也起到对后接的接收设备的必要保护作用，起到防止电平过载而产生的非线性效应的保护作用。

对于宽带接收天线，由于在传感器附近电场强度很强，例如船用发射器(bordeigener Sender)，由于互调或者极限效应，在有源接收天线的电子放大器出现很强的输入干扰，需要在考虑到高度敏感性和宽带的电气属性的情况下来对其进行考虑。对此使用的技术通常是非常复杂的，其费用随着对互调稳定性的要求的提高而迅速增加。对于使用带有控制电路的整流电路、用于确定信号电平的有源接收天线，可以使用廉价的放大器，因为当超过预先设定的接收电平时有源天线的内部放大作用将下降，以通过这种方式避免由于互调和极限效应所造成的在放大器和后续电路中出现的接收噪声。

在DE 43 23 014中描述了一种有源宽带接收天线，在该天线中使用一个低损耗的变换网络将待测量的天线阻抗变换到连接至负载端的电子放大器的最佳源阻抗位置，以得到一个最佳的信噪比。为对后接的接收设备提供一个防止由于过电平而造成的非线性效应的保护，经常需要减小天线内部的放大作用。在DE 43 23 014中通过一个整流电路来确定是否超过了一个预先设定的接收电平，并通过一个控制放大器减小内部放大作用。这是按照如下方式进行的，设有一个无源的信号衰减网络，该网络与有源天线部分进行桥接，通过使用在信号通道输入端或输出端、或者输入端和输出端的电子放大器将信号路径分离的方法，使得有源接收天线内部的放大作用减小。此时，在放大器输入端出现的负载通过桥接的信号衰减网络，与网络中附带的切换措施一起会引起干扰。

在放大器输入端带有变换网络的有源天线的基本形式，例如应用于甚高频范围的宽带天线，在图2b中给出，并在DT-AS 23 10616，DT-AS DT-AS 15 91 300中已经公布。根据现有技术的、带有天线排列的有源天线例如在高频频率范围以上的很大范围内与一个用于车窗玻璃加热器的加热区域一同安装在车辆的窗玻璃上，例如在EP 0 396 033，EP 0 346 591和EP 0 269 723中所描述。用作无源天线部件1的加热区域结构的车辆部件原本并不是用作天线，由于它具有加热功能，因此不能对该部件作出很大变动。如果在此类的天线部件上实现根据现有技术的、如图2b所描述的有源天线，则需要使用一个初级匹配电路，将随着加热区域出现的阻抗变换到用于噪音匹配的阻抗Z_opt附近，并通过使用一个输出端匹配网络将有源天线的频率响应进行平滑。这一措施需要相当复杂的两个滤波器电路的大小设计，其中为实现有源天线的具有优点的总体特性，由于相互之间的相关性，每个滤波器是不能分离的。此外，为了实现理想的线性特性，放大电路不能如图2b中所示由简单的放大器单元构成，其中两个匹配网络的设计自由度明显上受到限制。此外，在构建两个滤波器时的费用很高。这类有源天线的另一个值得注意的缺点在于，当由同一个加热区域形成多个有源天线、从而构建一个天线分集系统时，即形成具有特殊的定向性或其他目的的天线组时，会加重与加热区域相连接的、带有后接放大器的匹配电路的负载。这些缺点在以下所有的天线系统中均出现，即它们的无源天线部件值得注意地相互电磁耦合连接。例如按现有技术，在一个由加热区域构成的多天线扫描分集系统中，在加热区域形成的连接点处为天线放大器设置一个开关二极管，每个二极管仅连通带有放大器的匹配电路，放大器的信号连接到接收器上，其他的连接点被释放。在此类系统中，这将导致很高的费用，附带还需要与所选择的天线精确同步换向的二极管。

因此本发明的任务是根据权利要求1的前序部分构造一个有源宽带接收天线，对于预先给定的无源部件，在保证高的噪声敏感性和高的线性度情况下，与有效长度的频率相关性和无源天线部件的阻抗无关，可现实对接收输出的频率相关性的自由选择，并给出一种有效装置，用于在超过预先给定的接收电平的情况下减小有源天线内部的放大作用，以起到防止非线性效应的保护作用。

本任务将根据本发明，通过权利要求1中的特征部分来解决。

本发明的优点在于减小了费用，并实现了在考虑到信噪比和有害的非线性效应的影响下可得到最佳接收信号的简单结构。通过主权利要求的技术特征实现了三极放大器单元2的高线性度保证，减小了在该单元的输出端处的内部放大作用，并同时提高了线性负反馈。由于省去了初级匹配网络以及放大电路输入端的高电阻，设计复杂的多天线系统具有很好的自由度，它的无源天线部件相互无源耦合。由此形成的具有的优点的特性是，对于多天线系统，接收信号的多次输出耦合从一个带有多个连接点的无源天线中接出，它们之间相互电磁耦合，通过有源天线的结构，没有接收信号之间的可察觉到的相互影响。与分集系统相联系，也可具有优点地省去上述的用于释放连接点的开关二极管，在各个释放的连接点上没有信号可供切换至接收器。

根据本发明的有源宽接收带天线和天线系统的实施例在附图中进行描述，以下将对其进行详细说明。如图所示：

图1：

根据本发明的有源宽带接收天线，带有一个直接连接在无源天线部件1上的放大电路21，该放大电路具有一个三极放大器单元2，还具有变换网络31的电源线中的输入导纳7，该变换网络带有一个可调节的变换单元34，例如以一个可调节的电子单元32的长度阻抗的形式实现，一个连接到负载端的低损耗滤波器电路3和一个作用到输出侧的有效有功电阻5和控制放大器33。

图2：

a)一个根据本发明的有源宽带接收天线的等效电路图，带有串联噪声电压源u_r和一个在工作中可以忽略不计的并联噪声电流源i_r，它是由场效应管形成的，该场效应管作为三极放大器单元2，具有一个变换范围外的输入端高阻低损耗滤波电路3。

b)一个根据现有技术的有源宽带接收天线的等效电路图，带有噪声匹配网络和连接在三极管连接点上的、有效长度与频率有关的无源天线部件1，以及一个用于平滑频率响应的输出端匹配网络。

图3：

如图1的有源宽带接收天线，但是带有一个可调节的变换单元34，该单元具有多个串联的电阻35，电阻35与用作开关二极管36的电子单元34并联连接，用于逐级降低接收电平。

图4：

如图1和图3的有源宽带接收天线，但是带有一个可调节的变换单元34，该变换单元由具有逐级变压比(t)的变压器38构成，开关二极管36作为可调节电子单元32用于设定一个大的变压比(t)，由此在大的接收电平情况下实现在输入电压U_E和输出电压U_A之间的大的比例。

图5：

如图1、图3和图4的有源宽带接收天线，但是带有一个可调节的长度单元30作为与频率相关的偶极天线47，它带有一个与低功率损失滤波电路3的输入端导纳7类似的偶极导纳46，但是这个偶极导纳比低功率损失滤波电路3的输入导纳7小一个与频率无关的因数(t-1)，带有一个与频率相关的偶极天线47的开关二极管36。

图6：

如图4的有源宽带接收天线，带有噪声数为F_v的、作为扩展电路的放大器单元11；在接收电平很小的情况下作用的导纳7的实部G足够大，以至于放大器单元的噪声作用小于场效应管2的噪声作用。

图7：

如图2a的有源宽带接收天线，带有多个低功率损失的滤波电路，它们通过开关二极管36在变换网络31的输入端和输出端之间交替切换为打开和关闭，以实现交替降低有源天线内部的放大作用。

图8：

如图6的有源宽带接收天线，但是带有一个滤波电路3，滤波电路中具有固定设置的电抗单元20和20a，通过可调节的电子单元32将其接通或者断开，以降低内部放大作用。

图9：

三极放大器单元2的设计，作为扩展的三极放大器单元

a)由一个输入场效应管13和一个射极跟随电路中的双极性三极管14构成，

b)由一个输入双极性三极管49和射极跟随电路中的另一个双极性三极管50构成，

c)由一个输入三极管和另一个用于输入三极管的高频漏极和集电极跟随的三极管组成，

d)由一个组合三极管电路组成，该三极管电路用于在由于过高接收电平造成的有源天线内部放大作用下降时，对输入三极管的卸载电压U_D0 45和卸载电流I_S0 50进行电子控制。

图10：

带有一个连接点18的无源天线部件1，它的两个连接端相应于接地点置为高状态，带有一个场效应管2a和另一个场效应管2b，以及一个用作隔离变压器的变压器38，该变压器带有一个开关二极管36，用于调节变压比。

图11：

多个发射频带的设计，对每个发射频带具有多个分离的发射路径。每一个发射路径以选频方式分配有一个可调节发射单元34，34’和一个控制放大器33，33’。

图12：

如图11的系统，但是带有在接收器44内的可选择控制开关的控制放大器33，33’，用于控制有源天线内部的可调节变换单元34，34’打开和关闭。

图13：用于定向作用的天线组，带有无源天线系统27，无源天线系统27中带有相互电气无源耦合的连接点18，其中每一个连接点与一个放大电路21和一个高频导线10相连接，并将各自的信号汇集到天线组合器22中。设有一个共用的控制放大器33，用于监控天线输出端的高频接收信号8。

图14：

扫描分集天线系统，带有如图13所示的设置，但是在天线组合器22的位置上带有一个电子换向开关25，并且各自的等效负载电阻26用于为没有接通的天线支路提供负载。设有一个共用的控制放大器33，用于监控所选择的高频接收信号。

图15：

扫描分集天线系统，由压在窗玻璃上的带有多个适于分集定位的连接点18的加热区域构成，用于得到与分集无关的接收信号8。设有一个共用的控制放大器33，用于监控电子转接开关25中的、所选择的高频接收信号。

图16：

如图15的扫描分集天线系统，但是带有独立确定的电纳23，以改善无源天线部件1的接收信号的分集不相关性。每个有源天线分配有一个分离的控制放大器33。

图17：

根据本发明的有源天线，但是带有一个变换器24，该变换器具有电阻足够高的初级电感和足够大的变压比，以提高宽带有效长度l_e。

图18：

a)和b)：可能的无源天线部件1的天线配置的示例。

c)：在频率范围为76至108MHz的阻抗平面上，天线结构A1、A2和A3的阻抗曲线，阴影范围为R_A＜R_Amin并且R_A＞R_Amax。

d)：如c)的天线阻抗的实部，允许的值域为R_Amin＜R_A＜R_Amax。

图19：

a)：串联电抗X₁和X₃的曲线，以及并联的如图6b的根据本发明的T型滤波网络的电纳B₂，频率为例子中宽带覆盖无线电范围甚高频无线电广播，以及甚高频和超高频电视广播。

b)：在a)的频率范围内，按照本发明的天线的等效电路图。

在图1中描述了一个符合本发明的天线的基本形式。示例中为一个压在汽车窗玻璃上的加热区域，无源天线部件1不能采用如下形式，即它在作为天线使用时在米和分米波长范围内具有所希望的特殊属性，并且因此根据它的几何结构和窗子的金属外框使得有效长度l_e和它的阻抗具有随机的频率相关性。本发明的实质在于实现一个有源天线，该天线使得：预先给定的无源天线部件1的随机频率相关性通过一个花费小且可简单确定和简单实现的有源天线来获得，并根据固有噪声、线性度和频率响应来自设计，并且在具有电场强度E的入射波和高频接收信号8之间实现一个预先给定的频率响应。根据本发明，在连接点18出现的接收电压被送至放大电路21，放大电路在其输入端带有一个三极放大器单元2，最好是一个带有场效应管特征的单元2，其中在它的电源线上反向连接一个低损耗的滤波电路3的接收导纳7，其中在电路的输出端连接有一个有效有功电阻5。在一个此类天线中，根据本发明接收导纳7可以具有如下形式，即强的频率相关性，其中由无源天线部件1的有效长度l_e所表示的接收空载电压在高频接收信号8中基本上被补偿。为了在很大的接收场强下降低接收电平，在可调节的变换单元34中设有可调节的长度单元30，在低接收电平下长度单元导通。如果在很高的接收电平情况下将长度单元30调节为高阻，则高频接收信号8将会降低，另一方面反向连接在三极管电源线上的有效阻抗将提高并减小此处出现的导纳7’。因此，场效应管2将通过这一措施线性化并保护在过大的接收电平时的后续电路。

以下将根据图2a和图5中的等效电路图，对于本发明中的天线的工作方式和设计原理进行说明：

可根据发射功率范围内的天线温度进行估计，判断一个预先给定的无源天线部件1是否适用于一个具有足够噪声敏感性的有源天线的结构中。一般情况下场效应管具有一个极小的并联噪声电流源i_r，因此与场效应管的串联噪声电压源u_r相比(以它的等效噪声电阻R_ǎF表示)，在很小的栅极-源极电容和栅极-漏极电容C₂和C₁情况下，它的分量i_r*Z_A总是小到可以忽略不计的，在实际情况中出现的天线阻抗Z_A也是可以忽略的。因此敏感性要求降低到噪声电压源u_r ²＝4kT₀BR_ǎF比接收到的噪声电压源u_rA ²＝4kT_ABR_A(由天线温度T_A和天线阻抗Z_A的实部R_A给出)小，或至少与后者相等。当噪声分量相等时，且电容C₂和C₁小到可以忽略不计时，敏感性判据只需简单地检测下式是否成立即可：

R_A＞R_ǎF*T₀/T_A(1)

与其余的布线相比，现有的锗-砷三极管的电容C₂和C₁小到可以忽略不计，并且考虑到预计的应用情况，i_r的作用也小到可以忽略不计，因此在噪声匹配时此类三极管具有极低的噪声温度T_N0。等效噪声电阻与闭合电路电流有关，在30MHz的带宽以上时为30欧姆或更小。对于应用于频高频频率范围内且天线温度为大约1000K的天线实例而言，考虑到噪声敏感性，复天线阻抗(在低损耗场效应管2中表现为发射电阻)的实部在发射频率范围内仅为R_A(f)＞大约10欧姆就足够了。

在图5中描述了放大器单元11在高频线10的未端连接在低损耗滤波电路3的输出端上的的噪声分量。当放大电路21中具有足够的放大作用时，相应的这一分量将保持很小。为保护连接在负载一侧的放大器单元11不受到非线性效应的影响，通常必须与频率无关地将这一放大作用限制在发射频率范围内。最好通过将位于低损耗滤波网络3的输出端的有效有功电阻5相应无损耗地变换为合适的、与频率相关的输入阻抗7来实现，如果基于有效长度l_e(f)的频率相关性而对输入阻抗7的频率相关性要求已知，则可以找出一种由用于低功率损失的滤波电路3的电抗组成的电路，以满足这一要求。

图5中说明了一个按照本发明的评价标准，该标准针对一个在发射频率范围内的、必要的并与频率无关的接收线路设计示例，该设计在陆地无线电接收情况下用于车载有源天线，图5的说明考虑到连接到负载一侧的接收设备的接收输出。对与频率无关的接收关系提出了要求，以保证在连接到有源天线的负载端接收系统的噪声分量之下不会降低整个系统的敏感性。另一方面，保证不会在放大作用过高时受到非线性效应的影响，这是由于在发射范围内与频率相关的接收关系。在图5中，通过放大器单元11描述了连接到有源天线负载端的接收系统，该放大器单元11的噪声数为F_v。它对于总噪声的噪声分量在图5中以放大电路21输入端的等效噪声电阻R_ǎV表示，其中：

R_ǎV＝(F_v-1)/(4*G(f))(2)

这里以G(f)表示低功率损失的滤波电路3的输入导纳7与频率相关的实部。当下式(3)成立时，与不可避免地接收到的带有T_A的噪声R_A相比，这一噪声分量并不显著：

G(f)＞＞[(F_V-1)*T₀/(4*T_A)]*[1/R_A(f)](3)

为满足敏感性条件，在一个具有优点的有源天线实施例中，根据本发明，将低功率损失滤波电路3的输入导纳7的实部G(f)的频率相关性选择为复天线阻抗的实部R_A(f)的频率响应的倒数。对于一个F_V～4的甚高频无线电接收器的示例，可近似选择G(f)＜1/(3*R_A(f))。为了保护接收器不会受到过大的接收电平的影响，还应注意：有源天线的功率放大不能显著大于整个系统的最优敏感度，因此将G(f)选择为如(3)式右侧所述的值。

在本发明中实现了如下的优点，即由R_A(f)所确定的频率响应G(f)可以很容易满足，因为低功率损失滤波电路3的输入端控制的开/关源阻抗(它以场效应管2的1/g_m来表示)，以及低功率损失滤波电路3的输出端处的有效有功电阻5都具有不可避免的电抗分量。因此按照本发明的有源天线的频率响应可以具有优点地实现自由选择。相反的，在图2b中描述的根据现有技术的有源天线中，与频率相关的发射器阻抗Z_S(f)必然、不可分离地作为变换网络初级侧的源阻抗。发射器阻抗的频率响应限制了阻抗可达到的带宽变换到Z_opt附近，并且也限制了有源电路输出端的信噪比的带宽。

以下说明根据本发明的实施例中有源天线的频率响应G(f)，其中要求连接到有源天线负载端的接收系统的输入端处的接收功率P_a比一个无源的参考天线，例如车载无源鞭状天线在谐振长度上大一个因数V。基于必要的不同方向图，在一个已确定的恒定入射波的仰角θ情况下，该因数与方位角的平均值有关。在车辆转弯情况下通过天线测量距离与方位角的方向性系数进行比较，在无源天线部件1和参考天线上得到：在整个回转过程的第N个转角步骤上，预先给定的无源天线1的方向性因素D_a(_n，θ)和相应的无源参考天线的方向性系数D_p(_n，θ)，在第n个转角步骤中下列等式分别成立：

$D_{\mathrm{am}}\left(f\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_a({\mathrm{\Φ}}_n,\mathrm{\Θ},f)----\left(4a\right)$

即对于在参考频率下的参考天线：

$D_{\mathrm{pm}}\left(f\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_p({\mathrm{\Φ}}_n,\mathrm{\Θ})----\left(4b\right)$

对于在图5中通过放大器单元11描述的连接在有源天线负载端的接收系统通常与高频线路系统的线路特征阻抗Z_L有关。当场效应管2的输入曲线的斜度gm足够大时，负载电阻9中的平均方位角接收功率为：

$P_{\mathrm{am}}=\frac{1}{2}{E}^2\·{l_{\mathrm{em}}}^2\left(f\right)\·G\left(f\right)----\left(5\right)$

其中在考虑到通过D_am(f)根据式(2)得到的无源天线部件1的有效面积时，在所有的频率下出现的无源天线部件1的平方有效长度的方位角平均值l_em ²(f)按照下式确定：

${l_{\mathrm{em}}}^2\left(f\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{l_{\mathrm{en}}}^2\left(f\right)=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{\mathrm{\π}}\·\frac{R_A\left(f\right)}{Z_0}\·D_{\mathrm{am}}\left(f\right)----\left(6\right)$

D_pm对无源参考天线的平均方位角接收功率的值由式(5)确定：

$P_{\mathrm{am}}=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{8\·\mathrm{\π}}\·\frac{E^2}{Z_0}\·D_{\mathrm{pm}}----\left(7\right)$

考虑到放大作用的要求P_am/P_pm＝V，根据本发明可得出频率响应G(f)为：

$G\left(f\right)=\frac{1}{R_A\left(f\right)}\·\frac{D_{\mathrm{pm}}}{D_{\mathrm{am}}}\·V----\left(8\right)$

对于效率为η的有功率损耗的无源天线部件1，式(8)中的方向性系数D_am(f)由D_am(f)*η来代替。其他的尺度调节不变。

对于方位角平均值D_pm和D_am(f)近似相等的情况，G(f)的频率相关性与1/R_a(f)成比例。如果V选择得足够大，使得下式成立：

$\frac{D_{\mathrm{pm}}}{D_{\mathrm{am}}\left(f\right)}\·V>>\frac{(F_V-1)\·T_0}{4\·T_A}----\left(9\right)$

则连接到有源天线负载端的接收系统对于总体噪声的噪声分量小到可以忽略不计。如果另外满足式(1)的要求，则敏感性仅与无源天线1的方位角以及所存在的干扰入射有关。对于信噪比为1的情况，最小必要平均方位角辐射密度S_am为：

$S_{\mathrm{am}}\left(f\right)=\frac{k\·T_A\·B}{D_{\mathrm{am}}\left(f\right)}\·\frac{4\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}^2}----\left(10\right)$

其中如果D_am(f)由D_am(f)*η来代替，则将增加1/η。

当考虑到车辆自身发出的干扰辐射时，可为根据本发明的天线选择一个合适的无源天线部件1，作为安装在车辆上的部件，选择时要结合式(1)中给出的并将在下文中详细讨论的R_A(f)的条件，其中比率T_A/D_am(f)确定为对于发射频率范围足够大的值。

在图18a和18b中作为示例描述了一个如本发明所述的有源天线的可能的无源天线部件1的天线配置。在连接点18处有作为频率的函数的阻抗曲线Z_A(f)，该曲线表示在图18c中的复阻抗平面上。在图的左侧边缘以阴影线标出的范围以值R_Amin＝常数的曲线为边沿。当确定与T_A有关的干扰发生时，在这一范围之外的阻抗曲线满足式(1)所确定的场效应管2的噪声可以被忽略的条件。该图有力的说明了按照本发明的有源天线与图2中所描述的根据现有技术的有源天线相比的优点，即在没有输入端设有匹配措施的情况下，整个天线结构也可以在没有输入端变换装置时满足上述条件的要求。在图18c中给出了图18a和图18b中所描述的无源天线部件1在频率范围为76至108MHz时的实部。结合式(3)和式(8)考虑，根据本发明构造的、连接在低损耗的滤波电路3的输入端上的输入端导纳7的实部频率响应分别与图18d中的曲线变化相反。

在根据本发明的放大电路21中，由于可能出现的非线性效应，例如互调，自然还会存在一个可承受的输入端有效电压值的上限，在接收范围内这个电压由有效长度l_e给出。最大可承受的电压可通过选择一个合适的场效应管2和选择一个合适的工作点以及其他的已知布线装置来提高。根据本发明，在已知方位角方向性系数D_am(f)的情况下，可根据式(6)为最大可承受的方位角平均值l_em分配一个最大可承受的有功部分R_Amax。对于尺度上不允许的值域R_A＞R_Amax，在图18c和18d中同样以阴影线标出。对于作为无源天线部件1的应用，阻抗值的辐射阻抗R_A特别有利的设计位于R_Amin＜R_A＜R_Amax，即值域中的阴影线之外。

在本发明的另一个具有优点的实施例中，通过使用一个变压比为ü的、低损耗的变压器对给定的天线结构进行补充，如图17中所描述，变压器与一个天线结构，例如车窗玻璃上的加热区域一起构成无源天线部件1。宽带变压比可以有利地进行选择，使得在变压器输出端可测量的阻抗的实部位于R_Amin＜R_A＜R_Amax的范围内。其优点是初级电感可以设置为足够高的电阻。

线性度要求可以通过足够高的负反馈来实现，利用在源电路的输入导纳7。这要求在发射范围内的负反馈相对较小，这可根据放大要求，例如根据式(8)确定尺度，但是在发射范围之外则需要尽可能大的负反馈。在本发明的一个具有优点的改进型中，为实现此类的低损耗的滤波电路3，建议使用T形半滤波器或者T形滤波器，或者使用上述类型的滤波器组成的链式电路。在图中描述了此类滤波器的基本结构。为对应于一个复杂的频率曲线G(f)，可对各个单元通过另外的电抗元件进行补充。为使得输入端具有高阻并且在阻带范围内起到很好的阻带作用，建议由无功电阻组合成串联支路或者并联支路，使得不仅在串联支路28中，而且在并联支路29中，无功电阻的绝对值在发射频率范围内足够小，而在发射频率范围之外足够大(参见图19b)。

在本发明的另一种具有优点的应用中，建议对于不同的G(f)特征曲线，相应的低损耗滤波电路3的适当基本结构，首先将值不确定的电抗元件通过一个模型数字计算机确定其值，并通过测量装置以测量的方式或计算的方式来确定无源天线部件1的阻抗Z_A以及方位性系数的方位角平均值D_am，并存储在数字计算机中。通过根据式(8)确定的频率响应G(f)，可以实现下面要具体确定低损耗滤波网络3的电抗分量，以根据变化计算，可以针对预先给定的有源天线的放大值V，相应地选择合适的滤波电路基本结构。

特别是在此类的天线结构中，即由多个天线构成的天线结构，例如分集天线系统，成组天线系统或者多范围天线系统，本发明中另一种具有优点的改进结构是如图6所描述的，将放大器单元11作为放大电路21的有源输出级。这可以通过设置一个与常规同轴电缆的波阻抗Z_L相似的输出电阻来实现。有效有功电阻5同时也通过放大器单元11的输入阻抗来形成。因此G(f)可以根据上述的结构通过与阻抗相连接的低损耗滤波网络3构成。

由于可调节的变换单元34在接收电平很小时失效，这将不会损害到灵敏度。在有源天线的第一个放大器单元后的电压下降是特别具有优点的，因为它将考虑到待进行的互调干扰的频率相关性而提供一个最佳的效果。对整个接收系统的灵敏度的影响将仅通过电压下降后连接到负载端的电路的噪声数升高的作用来确定。

以下将对比说明有源天线的不同形式的内部放大作用的下降。在图1、图2a和图3中通过长度单元30实现了放大作用的下降，这是与频率无关的。因此如果接收信号位于天线阻抗的低阻实部频率处，并根据本发明具有很大的输入端导纳值G(f)，比天线阻抗的高阻实部的频率处的接收信号衰减得更明显。因此在使用一个与频率无关的长度单元30时，必须针对高接收电平时的下降选择一个平均电阻值，该值对于互调接收信号在天线阻抗的实部很大的情况下很小，而在天线阻抗的实部很小时很大。其中也存在这样一种危险，即对于互调接收信号在天线阻抗实部很大的频率下由于负反馈作用很小，会产生很强的互调干扰，并且另一方面剩余的放大作用在天线阻抗实部很小的频率处很小，使得设备在这一频率下不敏感。

因此在本发明的具有优点的实施例中，为此设置了一个可调节的变换单元34，该单元在低接收电平下与频率无关地对导纳7进行调节，使之降低一个合适的因数。在目前可用的放大器元件中，例如在甚高频范围以及应用于汽车上的情况，可实现电平在20*log(t)＝10dB与20*log(t)＝20dB之间的下降。以此，有源天线的内部放大作用将与频率无关地下降一个所需的因数，而上述的与频率有关的互调效应将不会出现。根据本发明，这例如可以通过图4和图6中所描述的变压器系统来实现。与频率无关的变压器的变压比可通过所示的分组线圈和开关二极管36形成一个可调节的电子单元32，该单元可遂级调节。当正确了选择变压比时，在低或高的接收电平范围内，可以分别选择一个合适的导纳7和7’中有功电导G(f)的值。为提高线性度和三极放大器单元2的电流调制范围，在图6中进行如下设置，使得该单元中的闭合电路电流随着有源天线的内部放大作用的下降而有所上升。

另一种可达到与频率无关的负反馈的方法可通过图5中的设置实现。此时为实现与频率无关的高频接收信号8的下降，将可调节长度单元30设计为与频率相关的偶极天线47。它与一个偶极导纳46相关，偶极导纳46与低损耗的滤波电路3的输入端导纳7相似，但是比低接收电平下的变换网络31的输入端导纳7小一个与频率无关的因数t-1。将一个与频率相关的偶极天线47并联一个开关二极管36，通过将该开关二极管设置为截止状态，使得偶极导纳46有效，通过将该开关二极管设置为导通状态，将偶极导纳46桥接，在开关二极管36截止时高频接收信号8将下降一个基本上与频率无关的因数t＝U_E/U_A。

在本发明的另一种具有优点的改进结构中，如图8所示的作为滤波器的变换网络31被设计作为一个低损耗滤波电路3，电带有固定设置的电抗元件20。此时使用可开关的电抗元件20a，这些电抗分量通过可调节的电子单元32以如下方式开启或者关闭，当低于一个预先设定的接收电平时，为增加有源天线的内部放大作用，实现了电源连接端24的有效输入导纳7的所需的、增大了的有效电导G(f)的频率相关性。另一方面，当高于一个预先设定的接收电平时，为减小有源天线的内部放大作用，相应减小的有效电导G’(f)的频率相关性设置为与电源连接端24的有效输入导纳7’相同的频率相关性。

在图7中具有优点的设置中，变换网络31中设有多个低损耗的滤波电路3，3a，它们通过开关二极管36交替地连接在变换网络31的输入和输出端上。低接收电平时它们的输入端导纳7，7b和高接收电平时的输入端导纳7’，7b’由固定设置的可调节电抗元件20分别按照如下方式构成，即通过开关二极管36的作用，当低于一个预先设定的接收电平时，为增加有源天线的内部放大作用，实现电源连接端24的有效输入导纳7的所需的、增大了的有效电导G(f)的频率相关性，当低于一个预先设定的接收电平时，为减小有源天线的内部放大作用，相应减小的有效电导G’(f)的频率相关性设置为与电源连接24的有效输入导纳7’相同的频率相关性。

在图10中描述的根据本发明的有源天线的实施例中，无源天线部件1设有一个连接点18，它的两个连接端相对于接地点0置高。两个连接端中的每一个与三极放大器单元2的控制连接端15a和15b相连接。电源连接端24a和24b与一个用作隔离变压器的变压器38的初级侧相连接，该变压器的次级侧具有不同的输出端，用于提供不同的变压比t。因此可调节的变换单元34由一个变压器和开关二极管36构成。三极放大器单元2a和2b的漏极连接端分别与接地点0相连接。

在本发明的另一个具有优点的实施例中，如图9a所示，三极放大器单元2被设计为一个扩展的三极放大器单元。为提高变换特征曲线的有效斜度，该扩展单元由一个输入场效应管13构成，该场效应管的源极在一个发射跟随器电路中连接到一个对极三极管14，双极性三极管的发射极连接端12构成扩展的三极放大器单元2的源极电极。

在本发明的另一个具有优点的实施例中，如图9b中所示，三极放大器单元2由一个输入双极性三极管49和另一个的双极性三极管50组合为一个发射跟随器电路。双极性三极管50的发射极连接端12构成了三极放大器单元2的源连接端24。当把输入双极性三极管49中的闭合电路电流调节到足够小时，可以在小输入电容和足够小的并联噪声电流情况下实现所需的高阻状态。在另外的双极性三极管50中高得多的闭合电路电流将使得整个单元的发射特征曲线具有足够大的斜度。

在图9c中，三极放大器单元2作为一个扩展的三极放大器单元2由一个输入双极性三极管49或输入场效应管13构成，它应管的集电极连接端或漏极连接端分别与一个附加的三极管51的源极连接端或发射极连接端相连接，它的基极连接端或栅极连接端分别与输入双极性三极管49或输入场效应管13的发射极连接端或源极连接端相连接。通过这种连接，构成三极放大器单元2的源连接端24。此类形式的扩展三极放大器单元通过电压补偿防止了在控制电极、漏极和集电极之间的与电压相关的电容所造成的干扰影响。

在图9d中该三极放大器单元2作为扩展的三极放大器单元，其中设有一个可电子控制的闭合电路电流源I_S0或/和一个可电子控制的闭合电路电压源U_D0。这样当出现高的接收电平时，以及出现根据本发明的有源天线内部的放大作用下降时，由于过高的接收电平在输入双极性三极管49或输入场效应管13中可以提高闭合电路电流I_S0或/和闭合电路电压U_D0。

为形成多个发射频率带，在图11中给出了多个双极性三极管14，14’，作为扩展三极放大器单元2，它们的组合形成了多个三极放大器单元2，2’。基极连接在共同的输入三极管13的源电极上，也按图9a和9b所示连接在一个扩展的三极放大器单元的源连接端上。双极性三极管14，14’分别在发射极跟随电路中与一个低损耗的滤波电路3，3’的输入端相连接，以构成一个相应的频率带的独立的发射路径。在每个发射路径中分别带有一个可调节的变换单元34，34’和一个控制放大器33，33’，通过相应的滤波措施，只有分配给这条发射路径的频率带才能从高频接收信号8中引出。控制信号42，42’分别传送到所属的可调节发射单元34，34’。不同的是，图12中的控制信号42，42’通过选择措施以及控制放大器33，33’，在接收器44中从有源天线的输出信号中引出，并且通过控制线41传递给有源天线。

在本发明的一个特别具有优点的实施例中，上述有源天线在一个天线系统中被多次使用，它的无源天线部件1带有有效长度为l_e的方向图，该方向图与频率有关并且与入射波相比在幅度上或者仅仅在相位上有所不同，其中这些无源天线以电磁辐射的方式相互耦合，而且它们共同构成一个带有多个连接点18a，b，c的无源天线系统27。根据本发明，其中每个连接点连接有一个根据本发明的放大电路21，作为本发明所述的有源天线的补充。由于放大器输入端为高阻，高频接收信号8没有耦合到无源天线部件1，因此对接收电压的影响是可以忽略不计的。此类天线系统在图13中给出了基本描述。为了构造一个具有预先给定的接收特性的成组天线系统，考虑到方向性和天线增益，在没有反馈的情况下，在一个天线组合器22中，在放大电路21的输入端出现的接收信号8以数量和相位加权的方式叠加到出现在无源天线部件1处的高频接收信号上。此时可以具有优点的使用一个共用的控制放大器33进行电平监控，为降低叠加后的高频接收信号8，该控制放大器33的控制信号42a，b，c传送到变换网络31a，b，c上。在另一种此类成组天线系统的具有优点的实施例中，每个有源天线的电平监控和衰减通过分别为各自设置的控制放大器33实现。

在根据本发明作为有源车窗天线的天线使用方式中，可实现一种具有优点的方式，即将放大电路21安装在一个很窄的车窗的边缘区域内，使之不可见。因此可以有目的地实现设置在连接点18上的部件具有小型化结构，并且在放大电路21中仅仅具有必要的功能性部件。其余的低损耗滤波电路3的部件被设置在另一个位置上，并以高频导线10进行连接。

在本发明的另一个具有优点的实施例中，有源天线作为多范围天线，可用于多个频率范围。因此在图19a中，对于甚高频无线电广播频率范围以及甚高频和超高频电视广播，给出了作为示例的电抗X₁和X₃的频率曲线以及图19b中所示的一个低损耗的滤波电路3中的T形滤波系统的电纳B₂的频率曲线。此处T形滤波器结构使得低损耗滤波电路3的输入端确保为高阻状态，以保证场效应管2在截止区内具有足够大的负反馈。低损耗的滤波电路3被设计为T形半滤波器或T形滤波器，或者设计为上述类型滤波器的链式电路，上述滤波器系统的串联或并联支路分别由电抗组合而成，即无论是串联支路28中的电抗绝对值还是并联支路29中的电纳绝对值在一个发射频率范围内都足够小，并且在该范围之外足够大，并且高频接收信号8传送到控制放大器33的输出端，并且通过控制放大器33的可调节信号42对可调节发射器34进行控制。

为补偿偶数级情况下的非线性效应以及由此在放大电路21中产生的的频带间的频率转化，在本发明的另一个具有优点的实施例中，除了场效应管2之外，还采用了另一个具有同样电气特性的场效应管2。这样，放大电路21的输入连接端由场效应管的两个控制连接端15a和15b构成，并且低损耗滤波电路3的输入端与源连接端19a和19b相连接。在低损耗滤波电路3中一个环绕对称(Umsymmetrier)单元用于使得高频接收信号8实现环绕对称。此类电路可具有优点地同样连接到一个带有两个接地连接端的连接点18上。

分集天线系统的效率可由所提供的、相互之间在分集的问题上不相关的天线信号的个数来确定。这种无关性表现在天线工作时形成的瑞雷波场中出现的接收电压之间的相关系数。在本发明的一个特别具有优点的改进方案中，多个有源接收天线根据本发明应用于一个车载分集天线系统中，其中对无源天线部件1进行如下的选择，即它们的在瑞雷接收场中空载状态下与接收位置18处出现的接收信号E*l_e在分集上尽可能相互无关。此类系统中，在考虑到这点并考虑到车辆技术的情况下对连接点18进行选择，例如图15和图16中所描述的情况。由于连接点18之间出现电磁辐射耦合，这种无关性只有在空载工作的连接点18才会出现。通过连接点18与根据本发明的放大器单元21的布线，由于放大器单元21可后接小的电容性输入导纳，在天线输出端获取高频接收信号8时没有反馈。连接点18上的接收信号8在分集上的无关性可通过一个具有优点的形式中的措施而不受到影响，这种无关性也以同样的方式出现在天线输出端的接收信号8上。天线的输出端具有相互无关的接收信号8可供选择一个扫描分集系统选择，或者以供一个其他的已知的分集系统中作进一步处理。

相反的，按现有技术如图2b所示，连接有一个变换电路的连接点18在电流流过连接点18时将出现天线输出端信号的相关性。在下文中将针对一个带有两个连接点18的无源天线部件1详细说明这一关系。

设U01和U02是如图14所示的连接点18上的无源天线系统27在接收场中的空载电压幅度值，Z11和Z22是在该处测量到的天线阻抗，而另外一个值Z12是一个交互作用阻抗，该阻抗的出现是由于连接点18的耦合，Y1、Y2是放大器的输出端导纳，这些导纳加载到连接点18，则连接点18上由于这种加载而出现的电压幅度值符合下列等式：

$\left[\begin{array}{c}U1\\ U2\end{array}\right]=\frac{1}{N}\·\left[\begin{array}{cc}1-Z22\·Y2& Z12\·Y2\\ Z12\·Y1& 1-Z11\·Y1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}U10\\ U20\end{array}\right]----\left(11\right)$

其中：

N＝1-Z11·Y1-Z22·Y2+Z11·Z22·Y1·Y2-Z12²·Y1·Y2

电压幅度值U1和U2之间的相关系数以及天线输出端电压之间的互相关系数通过电压U1和U2的时间均值得到：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\stackrel{\‾}{U1\·U2}}{\sqrt{\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{U}{1}^2}\·\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{U}{2}^2}}}----\left(12\right)$

此处假设，在瑞雷接收场中通过时将出现彼此无关的空载接收电压幅度值U10和U20。此时互相关因数消失：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\stackrel{\‾}{U1\·U2}}{\sqrt{\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{U}{1}^2}\·\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{U}{2}^2}}}=0----\left(13\right)$

如果对连接点18加载的放大器输入端导纳根据本发明小得可以忽略不计，即Y1＝0，Y2＝0，则式(11)中的电压U1和U2满足下式：

$\left[\begin{array}{c}U1\\ U2\end{array}\right]=\frac{1}{N}\·\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}U10\\ U20\end{array}\right]----\left(14\right)$

在上述中单位矩阵中以0的形式出现的相互关系由式(13)中给出，即在式(13)中描述了根据本发明在放大器电路21中出现的电压U10和U20的相关性的消失。为此，式(11)中的估计给出了两个空载电压通过交互作用参数Z12*Y2和Z12*Y1分别与各加载电压之间的关系：

U1＝(1-Z22·Y2)·U10+Z12·Y2·U20

以及

U2＝(1-Z11·Y1)·U20+Z12·Y1·U10(15)

很明显，在连接点18的耦合未消失的情况下，即Z12未消失的情况下，只有当Y1＝Y2＝0时相关系数才会消失。

另一方面，在上述考虑中说明，当空载电压U10和U20之间存在相关性情况下，可得出Y1和Y2的确定值，其中通过式15所描述的变换关系将放大器输入端电压U1和U2之间的相关性减小或者使之消失。在本发明的一个具有优点的改进结构中，如图16中描述的情况，无源天线系统27在其连接点18处设有合适的电导值——最好是出于噪声敏感性的考虑而选择电纳23——使得在连接点18处电压之间的相关性尽量小，以提高分集效率。根据本发明的有源天线因此具有一个决定性的优点，即这一合适的电抗分量的设定与对敏感性的考虑无关。因为对于在不同的连接点18上的各发射阻抗R_A(f)不需要准确的平衡，而仅要求如图18所示位于允许的范围内即可。为降低过高的接收电平，可如图15中所示，向一个共用的、带有电子换向开关25的控制放大器33输入一个选择好的信号电平，在其中构成一个可调节信号42，并且传送给有源接收天线的放大电路21中的变换网络31，以降低选择好的高频信号8。在另一个实施例中，可如图16所示，为有源天线的放大电路21分别设置一个独立的控制放大器33，用于监控天线输出端出的高频接收信号8。

                       附图标记列表

            带有接收电平调节的有源宽带接收天线

接地点0

无源天线部件1

三极放大器单元2

低损耗滤波电路3

输出端4

扩展电路的有效阻抗5

输入端6

输入导纳7

高频接收信号8

负载电阻9

高频导线10

放大器单元11

发射极连接端12

输入场效应管13

双极性三极管14

控制连接端15

连接点18

固定设置的电抗元件20

可开关的电抗元件20a

放大电路21

天线组合器22

电纳23

源连接端24

电子换向开关25

无源天线系统27

串联支路28

并联支路29

可调节长度单元30

变换网络31

可调节电子单元32

控制放大器33

可调节变换单元34

电阻35

开关二极管36

可调节电阻37

变压器38

可控直流电流源40

控制导线41

控制信号42

接收器44

可控直流电压源45

偶极导纳46

与频率相关的偶极天线47

偶极滤波电路48

输入双极性三极管49

附加的双极性三极管50

附加的三极管51

漏极连接端53

输入阻抗Z

噪声数F_V

有效电导G

有效长度l_e

波长λ

波尔兹曼常数k

自由空间波阻抗Z₀

测量带宽B

变压比t

输入端电压U_E

输出端电压U_A

栅极-源极电容C₂

栅极-漏极电容C₁

噪声温度TN₀

环境温度T0

Claims (39)

1.有源宽带接收天线，其中当超过一个预先设定的接收电平时，有源天线的内部放大作用下降，该天线由一个无源天线部件(1)构成，该部件的输出连接端与一个放大电路(21)的输入连接端相连接，其特征在于，放大电路(21)的输出电路具有一个三极放大器单元(2)，它的高阻控制连接端(15)与无源天线部件(1)的第一个连接点(18)高频连接，其中进一步当三极放大器单元(2)的源连接端(24)与无源天线部件(1)的第二个连接点(1’)高频连接时，在高频接收信号(8)很小的情况下，设计为低损耗变换网络(31)的输入导纳(7)具有负反馈和线性效应的滤波器特征，且变换网络(31)在其输出端(4)加载了一个后续的电路，并至少具有一个可调节的电子单元(32)，用于以可调节的方式降低变换网络(31)的接收电平，即当将高频接收信号(8)调节下降时，使得具有线性效应的变换网络(31)的输入端导纳(7’)尽可能小。

2.如权利要求1的有源宽带接收天线，其特征在于，带有滤波器特征的变换网络(31)在调节电子单元(32)时，为实现小的高频接收电平而设计为低损耗滤波器电路，其中以作用在它的输出端(4)上的、后续电路的有效阻抗(5)对其加载，且低损耗的变换网络(31)的电抗分量按如下方式选择，即对变换网络(31)输入端的输入导纳(7)的有效电导G(f)的频率相关性进行如下的设置，使得对于一个预先给定的有源天线的内部放大作用，由无源天线部件(1)中的与频率相关的有效长度l_e所决定的高频接收信号(8)中的频率响应在一个宽的频带内根据自由选择的考虑来确定。

3.如权利要求1至2中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，带有滤波器特征的变换网络(31)由一个可调节变换单元(34)和一个带有固定设置的电抗分量的无功率损耗滤波电路(3)所组成的链式电路构成，其中以作用在它的输出端(4)上的、后续电路的有效阻抗(5)对其加载，且可调节的变换单元(34)在低于一个预先设定的接收电平时设计为与频率无关且无功率损耗地发射信号，且低损耗滤波电路(3)的电抗分量按如下方式选择，使得在源连接端(24)处作用的输入导纳(7)的有效电导G(f)的频率相关性可按如下设置，即对于一个预先给定的有源天线的内部放大作用，由无源天线部件(1)中的与频率相关的有效长度l_e所决定的高频接收信号(8)中的频率响应在一个宽的频带内根据自由选择的考虑来确定。

4.如权利要求1至3中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，带有滤波器特征的变换网络(31)被设计为低损耗滤波电路，带有固定设置的电抗元件(20)，并且至少设有一个可开关的电抗元件(20a)，它可通过一个可调节的电子单元(32)按如下方式开启或关闭，即当低于一个预先设定的接收电平时，给出一个在源连接(24)端处作用的输入导纳(7)的有效电导G(f)的期望频率相关性，以提高有源天线的内部放大作用，而当高于一个预先设定的接收电平时，给出一个在源连接端(24)处作用的输入导纳(7’)的有效电导G’(f)的期望频率相关性，以降低有源天线的内部放大作用。

5.如权利要求1至4中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，带有滤波器特征的变换网络(31)在低于一个预先给定的接收电平时，以及在预先给定变换关系时，为避免非线性效应的影响，在输入导纳(7)中具有一个足够小的电抗分量B(f)。

6.如权利要求1至5中任一项的有源宽带接收天线，

其特征在于，

在至少一个可调节电子单元(32)的所有设置中，为避免非线性效应的影响，在有效频带之外，在具有滤波器特征的变换网络(31)的截止频率区域内，连接在源连接端(24)上的有效可负反馈的输入导纳(7，7’)的量足够小。

7.如权利要求1至6中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，变换网络(31)由一个被设计为变换块的可调节变换单元(34)和一低无功率损耗滤波电路(3)所组成的链式电路构成，且从可调节变换单元(34)的输入电压(U_E)到输出电压(U_A)的变压比为(t∶1)，该变压比通过一个内置的可调节长度单元(30)在超过一个预先设定的接收电平时设置为足够小。

8.如权利要求1至7中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，可调节长度单元(30)通过一个电子可调节的电阻(37)，如一个具有PIN二极管特征的二极管实现。

9.如权利要求5的有源宽带接收天线，其特征在于，可调节长度单元(30)由一个电阻(35)或者多个串联的电阻(35)构成，在各串联电阻上分别并联一个设计为开关二极管(36)的可调节电子单元(32)，当把开关二极管设置为截止状态时使得相应的电阻满负荷工作，当把开关二极管设置为导通状态时将电阻桥接，由此通过相应控制开关二极管(36)可遂级降低接收电平。

10.如权利要求7的有源宽带接收天线，其特征在于，为了与频率相关地降低高频接收电平(8)，可调节的长度单元(30)被设计为一个与频率相关的偶极天线(47)，具有与低损耗滤波电路(3)的结构的偶极输入端导纳(46)，但这个输入端导纳基本上比无功率损耗的滤波电路(3)的输入端导纳降低了一个与频率无关的因子(t-1)，该滤波电路带有一个和与频率相关的偶极天线(47)并联的开关二极管(36)，当把开关二极管设置为截止状态时使得偶极导纳(46)工作，当把二极管设置为导通状态时将偶极导纳(46)桥接，这样当开关二极管(36)被截止时，使得高频接收信号(8)基本上降低一个与频率无关的因数(t)。

11.如权利要求10的有源宽带接收天线，其特征在于，与频率相关的偶极天线(47)由一个偶极滤波电路(48)的输入导纳构成，它根据至少基本上是电抗元件的低功率损失滤波电路(3)的结构来设计，且其中的低功单元与无功率损失滤波电路(3)的相应的电抗分量相比，其欧姆值选择得高一个与频率无关的因数(t-1)，并且偶极滤波电路(48)所连接的阻抗比后续电路的实际阻抗(5)相比升高一个相同因数。

12.如权利要求1至6中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，在一个可调节变换单元(34)中设有一个变压器(38)，该变压器具有可遂级使用的变压比(t)，在可调节的电子单元(32)处设有一个开关二极管(36)，对该开关二极管进行如下的控制，即在高的接收电平时将变压比(t)升高，因此也将可调节变换单元(34)的输入电压U_E和可输出电压U_A之间的比率升高。

13.如权利要求1，2，4至6中任一项的有源宽带接收天线，

其特征在于，

在带有滤波器特征的变换网络(31)中设有多个低损耗滤波电路(3)，它们通过开关二极管(36)交替连接在变换网络(31)的输入端和输出端之间，其输入导纳(7，7’)带有固定设置的电抗元件(20)，并具有如下结构，即通过采用开关二极管(36)，在低于一个预先给定的接收电平时，为提高有源天线的内部放大作用，给出一个源连接端(24)上的有效输入导纳(7)的有效电导值G(f)的所需的频率相关性，在高于一个预先给定的接收电平时，为降低有源天线的内部放大作用，给出一个源连接端(24’)上的有效输入导纳(7’)的电导值G’(f)的所需的频率相关性。

14.如权利要求1至13中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，三极放大器单元(2)被设计为场效应管，它的高阻控制连接端(15)由栅板构成，它的源连接端(24)由源极构成，它的漏极连接(53)由漏极构成。

15.应用于30MHz以上的、如权利要求14的有源宽带接收天线，其特征在于，场效应管(2)具有并联噪声电流源i_r、极小的栅极-漏极电容C₁和极小的栅极-源极电容C₂，以及小到可忽略不计的1/f噪声，并且它的最小噪声温度T_N0在噪声匹配时比环境温度T₀低得多。

16.如权利要求1至13中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，三极放大器单元(2)被设计为扩展三极放大器单元，由一个输入场效应管(13)构成，该输入场效应管(13)的源极在射极跟随电路中控制一个双极性三极管(14)，它的发射极连接端(12)构成扩展场效应管(2)源极电极。

17.如权利要求1至13中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，三极放大器单元(2)具有扩展三极放大器单元，由一个输入双极性三极管(49)构成，该双极性三极管的发射极在射极跟随电路中控制另一个双极性三极管(50)，它的发射极连接端(12)构成了三极放大器单元(2)的源连接端(24)，并且输入双极性三极管(49)中的闭合电路电流比双极性三极管(50)中的设置得要小。

18.如权利要求1至13中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，三极放大器单元(2)具有扩展三极放大器单元，由一个输入双极性三极管(49)或输入场效应管(13)构成，它的集电极连接端或漏极连接端分别与一个附加的三极管(51)的源极或发射极连接端相连，而附加三极管的基极或栅极连接端与输入双极性三极管(49)或输入场效应管(13)的发射极或源极连接端相连接，并通过该连接端构成三极放大器单元(2)的源连接端(24)。

19.如权利要求1至13中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，三极放大器单元(2)被设计为扩展三极放大器单元，其中设有一个可电子控制的闭合电路电流源(I_S0)和/或一个可电子控制的闭合电路电压源(U_D0)，通过这种设置并根据本发明在过高的接收电平情况下，随着有源天线的内部放大作用的下降，而将输入双极性三极管(49)或输入场效应管(13)中的闭合电路电流(I_S0)和/或闭合电路电压(U_D0)升高。

20.如权利要求1至13中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，无源天线部件(1)设置有一个连接点(18)，它的两个连接端相对于接地点(0)置为高，其中每个连接端与一个三极放大器单元(2)的控制连接端(15，16)相连接，它的源连接端(24a，b)与一个设计为隔离变压器的变压器(38)的初级侧相连接，它的次级侧具有可提供不同变压比(t)的输出端，并由此与开关二极管(36)共同构成可调节变换单元(34)，并且漏极连接端(53)与接地点(0)相连接。

21.如权利要求1至13中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，为了构成多个发射频带，设置有多个双极性三极管(14，14’)，以扩展三极放大器单元(2)并将其结合以形成多个三极放大器单元(2，2’)，三极放大器单元的基极与共用的输入三极管(13，49)的源极或一个根据权利要求16，17，18，19的扩展三极放大器单元的源连接端相连，每个双极性三极管分别在射极跟随电路中与一个低损耗的滤波电路(3，3’)的输入端相连，以构成一个针对相应频率带的独立的发射路径，并且在每一个发射路径中设有一个可调节的变换单元(34，34’)和一个控制放大器(33，33’)，其中通过滤波措施，只有分配给这条发射路径的频带从高频接收信号(8)中引出并送入控制放大器，并且可调节信号(42，42’)分别输入到所属的可调节变换单元(34，34’)中。

22.如权利要求1至21中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，可调节信号(42，42’)通过选择装置和接收器(44)中的控制放大器(33，33’)从有源天线的输出信号中引出，并通过控制线(41)输入给有源天线。

23.如权利要求1至22中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，多个无源天线部件(1)具有有效长度为Ie的方向图，这个方向图是与频率相关的，并且在幅值和相位上与入射波不同，但是它们之间具有电磁辐射耦合，并且共同构成一个无源天线系统(27)，该天线系统具有多个连接点(18a，b，c)，每个连接点与一个放大电路(21a，b，c)相连接，作为对根据本按发明的有源天线的补充，以此通过放大电路(21a，b，c)在无源天线部件(1)上的连接实现了接收电压之间没有明显的相互影响，而且在天线组合器(22)中的高频接收信号以加权的方式相互叠加在一起，并且在有源天线系统中分别设有一个控制放大器(33)，用于监控天线输出端上的高频接收信号(8)。

24.如权利要求1至22中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，多个无源天线部件(1)具有有效长度为Ie的方向图，这个方向图是与频率相关的，并且在幅度值和频率上与入射波，但是它们之间具有电磁辐射耦合，并且共同构成一个无源天线系统(27)，该天线系统具有多个连接点(18a，b，c)，每个连接点与一个放大电路(21a，b，c)相连接，作为对根据本发明的有源天线的补充，以此通过放大电路(21a，b，c)在无源天线(1)部件上的连接实现了接收电压之间没有明显的相互影响，而且在天线组合器(22)中的高频接收信号以加权的方式相互叠加在一起并设置了一个共用的控制放大器(33)，它的可调节信号(42a，b，c)输入到有源天线内的变换网络(31 a，b，c)中用于降低叠加后的高频接收信号(8)。

25.如权利要求24的有源宽带接收天线，其特征在于，有源接收天线用于车载天线分集系统中，并且无源天线部件(1)进行如下的选择，使它在瑞雷接收场中出现的接收信号尽可能相互之间在分集上是无关的，并且提供了如下的高频接收信号(8)，即不会影响接收信号在分集上的频率无关性。以及在扫描分集系中进行的选择，或者另一个已知的分集过程的进一步处理。

26.如权利要求25的有源宽带接收天线，其特征在于，有源接收天线用于一个车载天线分集系统中，并且无源天线部件(1)进行如下的选择，使它在瑞雷接收场中出现的接收信号尽可能相互之间在分集上是无关的，并且提供了如下的没有反馈的高频接收信号(8)，即不会影响接收信号在分集上的频率无关性，以及在扫描分集系中的进行选择，或者另一个已知的分集过程的进一步处理，并将选中信号的电平输入到一个共用的控制放大器(33)中，在该控制放大器中构成一个可调节信号(42)，并将其输入到有源接收天线的变换网络(31)中，以降低选中的高频接收信号(8)。

27.如权利要求25的有源宽带接收天线，其特征在于，在有源接收天线(21)中分别具有一个控制放大器(33)，用于监控天线输出端的高频接收信号(8)。

28.如权利要求25或26的有源宽带接收天线，其特征在于，为改进无源天线部件(1)的接收信号的分集无关性，将无源天线部件的连接点(18)加载一个特别为此确定的无功电纳(23)，并联至与放大电路(21)的输入端。

29.如权利要求1至28中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，在设置变换网络(31)时，对于小的高频接收信号(8)，在低损耗滤波电路(3)的输出端(4)的有效电导(5)由一个连接在其末端的、以负载电阻(9)加载的高频导线(10)的输入电阻构成，且负载电阻(9)由一个后续的噪声数为F_V的放大器单元(11)的输入阻抗构成，且选择有效导纳(7)的实部G使之足够大，以保证放大器单元(11)的噪声分量小于场效应管(2)的噪声分量。

30.如权利要求1至29中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，为了实现宽带范围内有利的变换关系，滤波电路(3)中的变压器(24)具有合适的变压比ü。

31.如权利要求1至19的任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，利用信号支路，为了对应于不同的发射频率带的高频接收信号(8)的选频非耦合，在低损耗滤波电路(3)的多个输出端上设有选频发射支路。

32.如权利要求1至31中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，无源天线系统(27)作为导体结构设置在一嵌入导电车身的凹入处的塑料支架上，或者设置在车辆的车窗玻璃上，例如设置在一个或多个加热区域或/和与加热系统分离的导体结构上，并且在该导体结构上设有多个连接点(18)，用于形成与放大电路(21)相连接的无源天线部件(1)。

33.如权利要求1至31中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，无源天线系统(27)作为用于抑制红外线频率范围中的辐射发射而具有足够低的表面电阻的集成导电表面设置在车辆的窗玻璃上，为了使接收信号去耦，在没有与导电车身相连接的导电表面边缘设有位置合适的连接点(18)，为了形成定向天线，它们的高频接收信号(8)通过高频导线(10)输送给一个天线组合器(22)，或者为了形成扫描分集天线，输送给一个电子换向开关(25)，或者为了形成按任意的其他方式工作的分集天线系统而输送。

34.如权利要求1至31中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，无源天线系统由一个原本并不是用作天线的车辆部件构成，它在结构上只有很小的变化，并且在这一单元上设有一个连接点(18)，用于形成无源天线部件(1)，为确定入射波在有效频率范围内的极化方向和仰角，设置一个方位系数的特定方位角平均值D_m，并且在发射频率范围内将无源天线部件(1)的阻抗Z_A的实部R_A设置在最小值R_Amin和最大值之R_Amax间。

35.如权利要求1至34中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，设有一个模型数字计算机，一方面以计算或者测量的方式确定无源天线部件(1)的阻抗Z_A，另一方面将以计算或者测量的方式得到的方位系数的方位角平均值D_m存储到数字计算机中，并且对于不同可能的天线阻抗特征曲线，将合适的低损耗滤波电路(3)的基本结构存储到数字计算机中，通过已知的计算方式在给定的有源天线的平均增益情况下来确定低损耗滤波电路(3)的电抗分量。

36.如权利要求1至35中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，无功率损耗滤波电路(3)被设计为一个T形半滤波器或者T形滤波器，或者上述类型滤波器组成的链式电路，上述滤波器的串联或者并联支路分别由无功电阻按如下方式组合而成，即使得不仅在串联支路(28)中，而且在并联支路(29)中，无功电阻的绝对值在发射频率范围内足够小而在发射频率范围之外足够大，并且高频接收信号(8)输入到控制放大器(33)的输出端上，而控制放大器(33)的可调节信号(42)控制可调节变换单元(34)。

37.如权利要求1至36中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，为了达到最小化结构的有源天线的前端在空间上分离的目的，无功率损耗滤波电路(3)具有一个高频导线(10)，作为与频率相关地变换有效导纳(7)的单元。

38.用于车载甚高频无线电接收的、如权利要求1至32中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，无源天线部件(1)由一个压在绝缘体支架上，例如压在车窗玻璃或者塑料支架上的导体构成，低损耗滤波电路(3)被设计为带通滤波器，其通带为甚高频频率范围，而在甚高频频率范围之外具有高阻的输入阻抗。

39.如权利要求1至38中任一项的有源宽带接收天线，其特征在于，为在宽带范围内提高无源天线部件(1)的有效长度l_e，在连接点(18)和放大电路(21)的输入端之间设置了一个带有足够高阻的初级电感和适当选择的变压比的变压器(24)。

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